Итальянские и бельгийские ученые изучили процесс самопроизвольного образования мицеллярных наноструктур, возникающих в результате комплементарного взаимодействия сайтов сложных органических молекул

Супрамолекулярные комплексы, существующие благодаря принципу комплементарности (взаимного структурного дополнения) и образованию водородных связей (нековалентных электростатических взаимодействий между атомами водорода и атомами с высокой электроотрицательностью), чрезвычайно распространены в природе благодаря свойствам таких комплексов «подстраиваться» под природу растворителя.

Самосборка сложных органических молекул в внутри функционального наноструктурированного материала важна в таких технологических приложениях как электроника и медицина. Направленное и пространственно-ориентированное расположение молекул, возникающее в результате образования водородных связей дает возможность конструирования супрамолекулярных структур с заданными свойствами, способных к перегруппировкам и контролируемому образованию органических наночастиц.

Водородные связи влияют на размер и форму образующихся наночастиц. Кроме того, при комплементарном взаимодействии между молекулами наночастицы представляют собой самопроизвольно образуюющиеся агрегаты с одинаковой морфологией, нередко имеющей форму пузырьков. Когда в образующихся с помощью водородных связей молекулярных комплексах есть фрагменты, не схожие по свойствам с растворителем, то такие фрагменты самопроизвольно ориентируются внутрь и шарообразная структура получается двуслойной; этот тип структур называется мицелла. Образование и морфологию мицелл, образующихся из органических хромофорных молекул ученые зарегистрировали с помощью сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии.

Хромофорные органические молекулы, имеющие ацетиленовые фрагменты (тройные связи между атомами углерода) самопроизвольно ориентируются относительно друг друга таким образом, чтобы в результате комплементарного взаимодействия с помощью водородных связей между урацильным и 2,6-ди(ацетиламино)пиридильным фрагментами образовались комлексы, огранизующиеся в одинаковые наночастицы.

Ученые определили, что процессом наноагрегации можно управлять с помощью изменения температуры; так, при определенных условиях пузырьки распадаются на исходные свободные молекулы, что дает возможность говорить об еще одном принципе управляемого высвобождения молекул, в частности, в терапевтическом приложении.

«Главной задачей этой работы, – рассказывает один из руководителей исследования, Никола Армароли (Nicola Armaroli) из Института органического синтеза и фотохимии (CNR-ISOF, Болонья, Италия), – было создание своего рода библиотеки всевозможных наноконструкций, которые могли бы иметь потенциальное значение для применения в оптоэлектронных устройствах, биологическом картировании или же в транспорте лекарственных компонентов.

Вместе с тем Армароли признает, что одной из самых серьезных сложностей в достижении значимых результатов в создании самособирающихся наноструктур является разработка наночастиц с заданными свойствами, в которых бы оставались неизменными ключевые особенности исходных молекул, такие как химическая стабильность и фотолюминесцентные свойства.

Мария Костюкова