Дендримеры. Свойства, которыми обладают дендримерные структуры. Применение дендримерных структур.

Особый интерес вызывают дендримеры. Они представляют собой новый тип структур, имеющих не привычное линейное, а ветвящееся строение.

Их особые свойства:

- предсказуемые, контролируемые и воспроизводимые с большой точностью размеры дендримерных структур;

- наличие в таких структурах каналов и пор, имеющих хорошо воспроизводимые формы и размеры;

Способность к высокоизбирательной инкапсуляции и иммобилизации низкомолекулярных веществ с образованием супрамолекулярных конструкций «гость-хозяин».

Применение дендримерных структур

В качестве примера применения дендримеров в биохимии и медицине, основанный на способности дендримеров образовывать супрамолекулярные системы гость-хозяин. Были сконструированы дендримерные фрагменты на основе ПАМАМ, способные инкапсулировать семейство лекарств, главным образом за счет водородного связывания между амидными группами

В частности, сейчас проводятся исследования [86] по применению дендримеров в качестве носителей контрастных агентов для магнитного резонансного изображения (MRI), сцинтиграфии и рентгеновских исследований, то есть для компьютерной томографии. Главная цель при синтезе контрастных агентов, связанных с большой дендримерной молекулой состоит в том, чтобы проконтролировать фармакокинетическос поведение мономерного агента небольшого размера при распределении между внеклеточным и внутривенным пространством.

Для применения дендримеров в качестве носителей лекарств обычно сначала получают водорастворимые полиамидоаминнпые дендримеры со специфическими функциональными группами па периферии, которые модифицируют либо защищенными, либо свободными природными аминокислотами, либо уже готовыми лекарствами, гемоглобином. Такие дендримеры будут связываться в организме только с теми клетками, на поверхности которых имеются специфические белковые рецепторы. Также в молекулу дендримера можно ввести флуоресцентные метки, чтобы проводить мониторинг поведения лекарства в организме.

Специфической особенностью молекулярных устройств на основе структурных изменений является использование процессов фотоизомеризации мостиковых компонентов супрамолекул. ЕЕ→ZE – фотоизомеризация мостикового лиганда бипиридилбутадиена, связывающего два рутениевых центра супрамолекулы (рис. а), приводит к изменению электронной проводимости между ними и как следствие этого может быть использовано для управления электрическим сигналом.

Фотостимулированные процессы изомеризации мостиковых фрагментов супрамолекулярных систем могут приводить также к изменению координационной способности супрамолекул к различным химическим соединениям. Транс-цис фотоизомеризация азобензольного мостикового фрагмента супрамолекулы, содержащей два краун-эфира (рис. б), вызывает увеличение эффективности связывания ими ионов Na⁺ в 5,6 раза.

 

 

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ КОНСТРУКТОР СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В НАНОТЕХНОЛОГИИ

фотопереключаемое молекулярное устройство

фотоуправляемая молекулярная машина

 

Молекулярные устройства на основе фотоиндуцированных структурных превращений

Молекулярные устройства на основе краунсодержащих непредельных соединений

РАЗМЕРЫ КОМПОНЕНТОВ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ

Комплекс бутадиенильного красителя 3 нм

Комплекс стирилового красителя 2,5 нм

Кукурбит[8]урил 1,8 нм

Кукурбитурил представляет собой наноконтейнер. По своей форме он напоминает тыкву. Именно из-за внешнего сходства молекула и получила свое название (лат. Cucurbitus - тыква). Он был синтезирован еще в начале XX века немецким ученым Берендом, но методы того времени не позволяли достоверно определить состав и структуру получившегося вещества. Сделано это было позднее, в 1981 г. Кукурбитурил представляет собой сложную конструкцию, которая имеет форму полого бочонка, а в плоскости дна и крышки располагаются атомы кислорода. Таким образом, внутри находится полость, объем которой включать в себя различные по размеру другие малые органические молекулы или комплексы металлов (супрамолекулярные структуры «гость-хозяин»). Такие соединения включения используются в качестве лекарств пролонгированного действия. Кукурбитурил хорошо защищает малую молекулу от внешней среды и уменьшает токсичность содержимого супермолекулы.

Перспективы создания интеллектуальных материалов

Предполагается создание интеллектуальных материалов и устройств, которые не только выполняли бы различные функции, но могли бы перестраиваться при изменении внешних условий. Можно представить видеоэкран с разрешением на наноуровне, который бы мог производить саморемонт, имея в своем составе наноробота. Такие «пиксельботы» (pixel элемент или точка растра) были бы способны излучать свет, но были бы достаточно умными, чтобы удалить себя с экрана при поломке. Другие пиксельботы при этом должны были бы почувствовать образовавшуюся вакансию и перегруппироваться для ее заполнения.

 

Прикладной потенциал: новая методология построения материалов для нанофотоники

Продемонстрировано на примере создания:

• Молекулярных переключателей

• Оптических хемосенсорных материалов

• Фотохромных ионофоров и для фотоуправляемого мембранного транспорта

• Фотопереключаемых полимерных и проводящих ЛБ пленок (Лэнгмюра-Блоджетта), в которых и между которыми могут происходить процессы переноса электрона

• Сред для оптической записи и хранения информации

• Фотопереключаемых молекулярных устройств

• Лазерных красителей

• Фотоуправляемых молекулярных машин

Иерархические уровни функционального материала для применений в нанофотонике

От молекулы к супрамолекулярному центру, к наночастице и к наноматериалу

Эта схема соответствует конструированию материала снизу вверх. В действительности данная схема включает и некоторые обратные связи между различными уровнями, когда результаты одного уровня используются для уточнения результатов другого уровня моделирования (подход сверху вниз) Такой комбинированный подход (снизу вверх/сверху вниз) широко используется для моделирования и теоретического предсказания структуры и свойств наноматериалов для различных применений (оптические хемосенсоры; светоизлучающие и фотовольтаические материалы; среды оптической памяти и т.д.).