Anonim

Maskinen monterer automatisk komplekse molekyler på mikroskopisk nivå

Biologi

Colin Jeffrey

13. mars 2015

2 bilder

Forskere ved University of Illinois hevder å ha opprettet en maskin som samler en rekke komplekse molekyler ved å trykke på en knapp (Foto: L. Brian Stauffer)

Syntese av komplekse små molekyler i laboratoriet er spesialisert og intrikat arbeid som er både vanskelig og tidkrevende. Selv høyt utdannede kjemikere kan ta mange år å bestemme hvordan man skal bygge hver enkelt, enn si oppdage og beskrive sine funksjoner. I et forsøk på å forbedre denne situasjonen hevder et team av kjemikere ved University of Illinois at de har opprettet en maskin som er i stand til å samle et stort utvalg av komplekse molekyler ved å trykke på en knapp.

En bestemt klasse av strukturer, komplekse små molekyler er lett funnet i naturen og er egentlig for forskning i et bredt spekter av vitenskapelige felt. I medisin, for eksempel, har mange av de nyeste medisinene blitt avledet fra manipulering av små molekyler. I biologiske fag brukes små molekyler ofte til å hjelpe til med å avsløre indre mekanismer av vev og celler. Selv ikke-organiske elektroniske teknologier som halvledere, inkludert solceller og lysdioder, krever etablering og bruk av disse miniatyrsamlingene.

Illinois-teamet mener at denne nye stilen med molekylær skapelse kan potensielt øke hastighetene ved hvilke molekyler kan bygges, og igjen tillate raskere og mer effektiv medisinutviklingsteknologi og andre vitenskapelige disipliner som er avhengige av tilførsel av komplekse molekyler.

"Vi ønsket å ta en svært kompleks prosess, kjemisk syntese, og gjøre det enkelt, " sa professor Martin Burke, en Howard Hughes Medical Institute Early Career Scientist, og leder av forskningsgruppen. "Enkelhet gjør det mulig for automatisering, som i sin tur kan aktivere oppdagelsen og bringe den betydelige kraften til å lage molekyler til nonspecialists. "

Dette kan vise seg å være en velsignelse for forskningslaboratorier overalt, spesielt gitt at mye av arbeidet i komplekse molekylære strukturer hindres bare på grunn av den uvanlige mengden tid og krefter for å produsere disse molekylene.

"Til nå har flaskehalsen vært syntese, " sa professor Burke. "Det er mange områder hvor fremdriften blir bremset, og mange molekyler som farmasøytiske selskaper ikke engang jobber med, fordi barrieren for syntese er så høy. "

En stor impuls for Burke og hans lags arbeid var å løse denne flaskehalsen. For å gjøre dette så de på hva de store hindringene var for den komplekse molekylskapelsesprosessen og skjønte at de trengte å ta en svært komplisert prosess og forenkle den.

Forskerne startet med det grunnleggende ved å bryte ned konstruksjonen av komplekse molekyler i enda mindre bestanddeler som da kunne bli enklere montert. Da disse elementene alle har de samme sammenkoblede kjemiske kontaktene, kan disse enkle strukturer da alle relativt enkelt knyttes sammen igjen ved hjelp av en enkelt reaksjon.

Teamet har sammenlignet denne prosessen med metoden for å bli med i sammenkobling av plastblokker som barn leker med: De kan alle ha forskjellige former og størrelser, men de har et felles tilkoblingssystem som gjør at de alle kan enkelt og sikkert knuses sammen. Dette er ikke esoterisk, dyrt, vanskelig å oppnå kjemiske byggesteiner, men ifølge teamet er mange av dem kommersielt tilgjengelige, rett fra hyllen.

Nøtene og boltene til dette systemet med komplekse molekyler er basert på en automatisert "catch-and-release" -metode som forskerne fant ut. I denne metoden kobles systemet til hver byggestein en om gangen, og vasker deretter bort overflødig kjemikalier som brukes i prosessen før du fortsetter å legge til den neste i sekvensen.

Forskerne rapporterer at de har vært i stand til å vise at deres enhet kan bygge 14 separate klasser av små komplekse molekyler, som også inkluderte de som består av spesielt vanskelig å lage ringtypestrukturer, alt i samme automatiserte prosess.

"Dr Burkes forskning har gitt et betydelig fremskritt som bidrar til å gjøre komplekse små molekylsynteser mer effektive, fleksible og tilgjengelige", sier Miles Fabian fra National Institutes of Healths National Institute of General Medical Sciences, som delvis finansiert forskningen. "Det er spennende å tenke på virkningen at fortsatt fremgang i disse retningene vil ha på syntetisk kjemi og livsvitenskapelig forskning. "

Den korte videoen nedenfor inneholder en forklaring fra Dr Burke angående denne nye teknologien.

Detaljer om denne undersøkelsen ble nylig publisert i tidsskriftet Science .

Kilde: University of Illinois

Forskere ved University of Illinois hevder å ha opprettet en maskin som samler en rekke komplekse molekyler ved å trykke på en knapp (Foto: L. Brian Stauffer)

Martin Burke forskningsteamet (Foto: L. Brian Stauffer)

Anbefalt Redaksjonens