Nieuwe techniek maakt gebruik van enzymen om veelzijdige nanodeeltjes te creëren

De selectieve bindingsverbrekende krachten van enzymen zorgen voor nieuwe veelzijdigheid voor het bouwen van nanodeeltjes met een breed scala aan technische en medische mogelijkheden.

Onderzoekers van de Hokkaido Universiteit hebben een nieuwe en beter aanpasbare methode ontwikkeld voor het maken van nanodeeltjes met een nauwkeurig gecontroleerde grootte. Hun ‘bio-katalytische nanodeeltjesvorming’ (BNS)-procedure, gepubliceerd in het journaal Horizonnen op nanoschaalzou een grote bijdrage moeten leveren aan de productie van een verscheidenheid aan nanodeeltjes voor gebruik in technologie en geneeskunde.

“Een van de meest veelbelovende toepassingen is het creëren van assemblages van nanodeeltjes, genaamd quantum dots, die klein genoeg zijn om hun eigenschappen te laten beïnvloeden door subtiele kwantummechanische effecten”, zegt universitair hoofddocent Yuta Takano, de leider van het Hokkaido-team. Takano en collega’s werkten aan het werk samen met onderzoekers van de Universiteit van Melbourne in Australië.

De methode maakt gebruik van enzymen om specifieke chemische bindingen te verbreken in moleculaire assemblages die zijn gemaakt door kleine organische (op koolstof gebaseerde) moleculen, anorganische materialen of gemengde organische en anorganische componenten met elkaar te verbinden. Een verscheidenheid aan natuurlijke en gemakkelijk verkrijgbare enzymen kunnen de linkersecties van de oorspronkelijke grotere structuren in nanodeeltjes van verschillende gewenste afmetingen en vormen knippen.

Door de linkers en de kerncomponenten die door de linkers bij elkaar worden gehouden te variëren, kan een reeks verschillende nanodeeltjes worden gemaakt, elk met verschillende chemische en fysische eigenschappen en verschillende afmetingen.

De onderzoekers maakten verschillende soorten nanodeeltjes om de potentie van hun techniek aan te tonen. Eén voorbeeld vormde kwantumdots waarvan de optische en elektronische eigenschappen nuttig zouden kunnen zijn in technologische toepassingen, waaronder moleculaire berekeningen, apparaten voor gegevensopslag met hoge dichtheid, fotokatalyse en zonnecellen.

Ze onderzochten ook nanodeeltjes met chemische effecten die mogelijk zouden kunnen worden gebruikt om kankercellen of specifieke ziekteverwekkende bacteriën te doden. Een andere mogelijke medische toepassing is het hechten van medicijnen aan de nanodeeltjes, waardoor ze gerichte medicijnafgifte rechtstreeks naar de specifieke ziektelocaties kunnen bereiken.

“Het potentieel van de biokatalytische nanodeeltjesbenadering is enorm”, besluit Takano, “het gebruik van de chemische variabiliteit en kracht van natuurlijk beschikbare enzymen opent een geheel nieuw gebied van kansen op het gebied van het ontwerp en de productie van nanodeeltjes.”

Takano heeft een patentaanvraag ingediend als uitvinder van de nieuwe techniek.

De onderzoekers zullen nu hun verkenning van deze opwindende nieuwe grens voortzetten, waarbij ze zelf de mogelijkheden uitbreiden en hopelijk ook andere teams aanmoedigen om het concept op te pikken en hun eigen ideeën te ontwikkelen.

Ze hopen dat biokatalytische benaderingen uiteindelijk gecommercialiseerd zullen worden en uitgebuit zullen worden op veel terreinen van onderzoek, technologie en geneeskunde.