Ученые из Университета ИТМО разработали уникальную систему, в которой происходит самостоятельное образование эмульсии — смеси двух жидкостей разной плотности, напоминающей капли масла в воде. Новаторская система имеет широкий потенциал применения в различных областях, включая производство пищевых продуктов, косметики и доставку лекарств к различным органам.
Специалисты предложили использовать каскад из шести химических реакций, который приводит к самосборке капель, имеющих структуру, схожую с живыми клетками. Они взяли несколько азот- и серосодержащих органических соединений и поместили их в солевой раствор. Важно отметить, что все этапы каскада поддерживались автокатализаторами — веществами, ускоряющими последующие стадии реакции.
Наблюдения за превращениями показали, что взаимодействие между веществами вначале протекало медленно, а затем быстро завершалось. В результате медленного старта образовались высокозаряженные частицы и стабильная эмульсия - капли масляной жидкости, находящиеся в воде. После быстрого завершения образовался коацерват - соединение нескольких капель в одну большую.
Интересно отметить, что в таких крупных каплях со временем появлялись более мелкие, что говорит о возможности получать еще более сложные молекулярные системы, чем просто «масло в воде». Этот способ формирования капель на основе жидкостей разных фаз может быть использован для доставки лекарственных препаратов, когда действующее вещество находится в условно «масляной» фазе и с помощью «водной» фазы переносится к нужным тканям.
Как рассказывает руководитель проекта, директор научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО Екатерина Скорб, в ходе исследования были изучены реакции, которые ускоряются за счет образования собственных продуктов и позволяют концентрировать вещества в образованных структурах с длинными цепями. Эти процессы имеют важное значение для лучшего понимания происхождения жизни на Земле и разработки систем доставки лекарств. Самоорганизующиеся системы будут полезны, в частности, для транспортировки к пораженным клеткам не только одного препарата, но и сложных блоков веществ.
«В дальнейшем мы планируем продолжить исследование коацерватов в органических растворах», - заключила Скорб.