Las jaulas macromoleculares tienen cámaras tridimensionales rodeadas por una estructura molecular. Las arquitecturas de jaulas macromoleculares vienen en varios tamaños que van desde 1 a 50 nm y tienen diferentes topologías y funciones. [1] Pueden sintetizarse mediante enlaces covalentes o autoensamblaje mediante interacciones no covalentes. La mayoría de las jaulas macromoleculares que se forman mediante autoensamblaje son sensibles al pH, la temperatura y la polaridad del disolvente. [1]
Los poliedros metalorgánicos (MOP) comprenden un tipo específico de jaula macromolecular autoensamblada que se forma mediante una coordinación única y suele ser química y térmicamente estable. [1] Los MOP tienen estructuras en forma de jaula con una cavidad cerrada. El autoensamblaje discreto de iones metálicos y estructuras orgánicas para formar MOP en arquitecturas altamente simétricas es un proceso modular y tiene varias aplicaciones. El autoensamblaje de varias subunidades que da como resultado una alta simetría es una ocurrencia común en los sistemas biológicos. Ejemplos específicos de esto son la ferritina , la cápside y el virus del mosaico del tabaco , que se forman mediante el autoensamblaje de subunidades de proteínas en una simetría poliédrica. Los poliedros no biológicos formados con iones metálicos y conectores orgánicos son jaulas macromoleculares a base de metal que tienen nanocavidades con múltiples aberturas o poros que permiten que pequeñas moléculas penetren y pasen. [1] Los MOP se han utilizado para encapsular a varios invitados a través de diversas interacciones anfitrión-huésped (por ejemplo, interacciones electrostáticas, enlaces de hidrógeno e interacciones estéricas). [1] Los MOP son materiales biomiméticos que tienen potencial para aplicaciones biomédicas y bioquímicas. Para que la jaula funcione eficazmente y tenga relevancia biomédica, debe ser químicamente estable, biocompatible y funcionar mecánicamente en medios acuosos. Las jaulas macromoleculares en general se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones (por ejemplo, nanoencapsulación, biodetección , administración de fármacos , regulación de la síntesis de nanopartículas y catálisis ). [1] [2]
También existe una clase de jaulas macromoleculares que se forman sintéticamente mediante enlaces covalentes en lugar de autoensamblaje. A través de la estrategia de formación de enlaces covalentes, las moléculas de la jaula se pueden sintetizar metódicamente con una funcionalidad personalizable y un tamaño de cavidad regulado. Los polímeros en forma de jaula son análogos macromoleculares de jaulas moleculares como el criptado . [2] Una molécula de jaula de este tipo se puede ajustar según el grado de polimerización . Los polímeros que se utilizan normalmente para fabricar jaulas macromoleculares a base de polímeros se fabrican con polímeros en forma de estrella o precursores de polímeros no lineales. [3] [2] [4] El tamaño molecular de la jaula macromolecular polimérica está controlado por el peso molecular del polímero en forma de estrella o polímero ramificado . Las jaulas macromoleculares hechas de polímeros no lineales están diseñadas para tener reconocimiento molecular, responder a estímulos externos y autoensamblarse en estructuras de orden superior. [3]
Los fullerenos son una clase de alótropos de carbono que se descubrieron por primera vez en 1985 y también son un ejemplo de jaulas macromoleculares. El buckminsterfullereno (C 60 ) y los 60 átomos de esta molécula están dispuestos en una estructura en forma de jaula y el armazón se asemeja a un balón de fútbol; la molécula tiene una simetría icosaédrica. [ cita necesaria ] C 60 tiene aplicaciones versátiles debido a su estructura de jaula macromolecular; por ejemplo, puede usarse para purificación de agua, catálisis, productos biofarmacéuticos, servir como portador de radionúclidos para resonancia magnética y administración de fármacos. [5]