Berkeley Lab -forskere opretter molekylært papir (m/ video)

(PhysOrg.com) - Berkeley Lab -forskere har skabt "molekylært papir, "den største todimensionale polymerkrystal, der er selvsamlet i vand til dato. Dette helt nye plademateriale er lavet af peptoider, konstruerede polymerer, der kan bøje og foldes som proteiner og samtidig bevare robustheden af ​​syntetiske materialer.

Todimensionel, "Arklignende" nanostrukturer bruges almindeligvis i biologiske systemer såsom cellemembraner, og deres unikke egenskaber har inspireret interessen for materialer som grafen. Nu, Berkeley Lab-forskere har lavet den største todimensionale polymerkrystal, der er selvsamlet i vand til dato. Dette helt nye materiale afspejler den biologiske systems strukturelle kompleksitet med den holdbare arkitektur, der er nødvendig for membraner eller integration i funktionelle enheder.

Disse selvsamlende plader er lavet af peptoider, konstruerede polymerer, der kan bøje og foldes som proteiner og samtidig bevare robustheden af ​​menneskeskabte materialer. Hvert ark er kun to molekyler tykke, men dog hundredvis af kvadratmikrometer i areal - ligner 'molekylært papir' stort nok til at være synligt for det blotte øje. Hvad mere er, i modsætning til en typisk polymer, hver byggesten i et peptoid nanosheet er kodet med strukturelle 'marcherende ordrer' - hvilket tyder på, at dens egenskaber kan tilpasses præcist til en applikation. For eksempel, disse nanosheets kunne bruges til at kontrollere strømmen af ​​molekyler, eller fungere som en platform for kemisk og biologisk påvisning.

Disse fluorescensmikroskopbilleder viser frit flydende peptoid nanosheets i væske. Hvert peptoidark er kun to molekyler tykke, men op til hundredvis af kvadratmikrometer i areal - et 'molekylært papir' stort nok til at være synligt for det blotte øje.

"Vores fund bygger bro mellem naturlige biopolymerer og deres syntetiske modstykker, hvilket er et grundlæggende problem inden for nanovidenskab, ”Sagde Ronald Zuckermann, Direktør for Biological Nanostructures Facility på Molecular Foundry. “Vi kan nu oversætte grundlæggende sekvensinformation fra proteiner til en ikke-naturlig polymer, hvilket resulterer i et robust syntetisk nanomateriale med en atomisk defineret struktur. ”

Byggestenene til peptoidpolymerer er billige, let tilgængelig og generere et højt produktudbytte, giver en kæmpe fordel i forhold til andre synteseteknikker. Zuckermann, medvirkende til at udvikle støberiets enestående robotiske syntesekapacitet, arbejdede sammen med sit team af medforfattere for at danne biblioteker med peptoidmaterialer. Efter at have screenet mange kandidater, holdet landede på den unikke kombination af polymerbyggesten, der spontant dannede peptoid nanosheets i vand.

Zuckermann og medforfatter Christian Kisielowski nåede en anden først ved at bruge TEAM 0.5 -mikroskopet på National Center for Electron Microscopy (NCEM) til at observere individuelle polymerkæder inden i peptoidmaterialet, bekræfter den præcise rækkefølge af disse kæder i ark og deres hidtil usete stabilitet, mens de bliver bombarderet med elektroner under billeddannelse.

“Designet af naturinspireret, funktionelle polymerer, der kan samles til membraner med store laterale dimensioner, markerer et nyt kapitel for materialesyntese med direkte indvirkning på Berkeley Labs strategisk relevante initiativer såsom Helios -projektet eller Carbon Cycle 2.0, ”Sagde NCEMs Kisielowski. ”De videnskabelige muligheder, der følger med denne præstation, udfordrer vores fantasi, og vil også hjælpe med at flytte elektronmikroskopi mod direkte billeddannelse af bløde materialer. ”

“Dette nye materiale er et bemærkelsesværdigt eksempel på molekylær biomimikri på mange niveauer, og vil uden tvivl føre til mange applikationer inden for fabrikation af enheder, nanoskala syntese og billeddannelse, ”Tilføjede Zuckermann.

Denne forskning er rapporteret i et papir med titlen, "Fritflydende ultratynde todimensionale krystaller fra sekvensspecifikke peptoidpolymerer, ”Fremgår af journalen Naturmaterialer .