Les scientifiques du monde entier poursuivent l'objectif de développer des récepteurs synthétiques capables de reconnaître des molécules biologiquement importantes. Bien que de nombreuses tentatives aient été faites pour imiter la façon dont les poches de protéines détectent le sucre dissous dans l'eau avec des interactions de liaison hydrogène, peu ont réussi, principalement en raison de la nature interférente des molécules d'eau. Maintenant, une équipe de chercheurs japonais a proposé une toute nouvelle approche.

"Notre système de reconnaissance unique est basé sur des interactions spéciales - connues sous le nom d'interactions CH-π [term1] - entre le saccharose et les parois internes de notre nanocapsule, " dit Michito Yoshizawa, qui a co-conçu l'étude avec Masahiro Yamashina au Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech). "A notre connaissance, personne n'a exploité l'interaction pour développer ce type de système de reconnaissance auparavant."

D'un diamètre d'un nanomètre (un milliardième de mètre), la cavité sphérique de la capsule est juste de la bonne taille pour attraper la molécule de saccharose de près d'un nanomètre de long et sphérique. S'appuyant sur les recherches antérieures de l'équipe sur l'auto-assemblage moléculaire, la capsule fonctionne en formant une cavité autour du saccharose, qui devient alors entièrement entouré de multiples panneaux aromatiques[term2] (voir Figure 1).

En mélangeant la capsule, composé de deux ions métalliques et de quatre ligands[term3], avec du saccharose dans de l'eau dans des conditions douces, l'équipe a obtenu une capsule liée au saccharose avec un rendement élevé. Publié dans Avancées scientifiques , une revue sœur en libre accès de Science , la structure du produit a été confirmée en utilisant des méthodes de résonance magnétique nucléaire du proton et de spectrométrie de masse. Yoshizawa ajoute :« La capsule est facile à produire et à manipuler, et sa stabilité est très élevée."

Dans une série d'expériences pour explorer comment la capsule réagirait à différents types de sucre, les chercheurs ont fait trois constats :1) la capsule n'interagit pas avec les monosaccharides tels que le glucose et le fructose, 2) parmi les disaccharides courants (par exemple, saccharose, lactose, maltose et tréhalose), seul le saccharose était encapsulé, et donc 3) même dans des mélanges de deux disaccharides (dans des expériences de liaison compétitives), la capsule s'est liée au saccharose avec une sélectivité de 100 %.

"Il est généralement très difficile de distinguer ces sucres. Par exemple, saccharose, le lactose et le maltose ont la même formule moléculaire, ce qui signifie qu'ils ont le même nombre d'hydrogène, atomes d'oxygène et de carbone - seule leur configuration est différente, " dit Yoshizawa. " Pourtant, notre nanocapsule a été capable de reconnaître des différences subtiles et de capturer exclusivement le saccharose."

L'équipe a également examiné comment la capsule réagissait aux sucres artificiels courants :l'aspartame (connu pour être environ 200 fois plus sucré que le saccharose) et le sucralose (environ 600 fois plus sucré que le saccharose). La préférence de liaison de la capsule s'est avérée être de l'ordre du sucralose, aspartame et saccharose, qui reflète exactement l'ordre dans lequel nous percevons les niveaux de douceur.

Cette découverte pourrait avoir un impact sur les industries alimentaires et chimiques en aidant à la recherche de composés encore plus sucrés. Si de tels nouveaux composés peuvent être trouvés et synthétisés facilement, les édulcorants artificiels pourraient être produits de manière plus rentable que les méthodes existantes.

Dans le futur, Yoshizawa dit qu'il pourrait être possible de développer des « nanocapsules de conception » de différentes formes et tailles. Finalement, ces capsules pourraient être utilisées pour le développement de nouvelles technologies de biocapteurs dans les domaines médical et environnemental.