Rystet, ikke rørt:Forskere spionerer molekylære manøvrer

(PhysOrg.com) -- Rør denne klare væske i et hætteglas, og der sker ikke noget. Ryst denne væske, og fritsvævende plader af proteinlignende strukturer dukker op, klar til at detektere molekyler eller katalysere en reaktion. Dette er ikke den seneste gadget fra James Bonds arsenal - snarere, den seneste forskning fra DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) forskere, der afslører, hvordan slanke plader af proteinlignende strukturer samler sig selv. Denne "rystede, ikke omrørt" mekanisme giver en måde at opskalere produktionen af ​​disse todimensionelle nanoark til en bred vifte af applikationer, såsom platforme til sansning, filtrering og skabelonvækst af andre nanostrukturer.

"Vores resultater fortæller os, hvordan man konstruerer todimensionelle, biomimetiske materialer med atomær præcision i vand, " sagde Ron Zuckermann, Direktør for faciliteten for biologiske nanostrukturer på Molecular Foundry, en DOE nanoscience brugerfacilitet på Berkeley Lab. "Hvad mere er, vi kan producere disse materialer til specifikke applikationer, såsom en platform til at registrere molekyler eller en membran til filtrering."

Zuckermann, som også er seniorforsker ved Berkeley Lab, er en pioner inden for udvikling af peptoider, syntetiske polymerer, der opfører sig som naturligt forekommende proteiner uden at nedbrydes. Hans gruppe har tidligere opdaget peptoider, der er i stand til selv at samle sig til nanoskala reb, lagner og kæber, accelererer mineralvækst og fungerer som en platform til påvisning af fejlfoldede proteiner.

I denne seneste undersøgelse, holdet brugte et Langmuir-Blodgett trug – et vandbad med teflonbelagte skovle i hver ende – til at studere, hvordan peptoid nanoplader samles på overfladen af ​​badet, kaldet luft-vand-grænsefladen. Ved at komprimere et enkelt lag af peptoid molekyler på overfladen af ​​vand med disse pagajer, sagde Babak Sanii, en post-doc forsker, der arbejder med Zuckermann, "Vi kan presse dette lag til et kritisk tryk og se det kollapse til et ark."

"At kende mekanismen for arkdannelse giver os et sæt designregler for fremstilling af disse nanomaterialer i meget større skala, ” tilføjede Sanii.

For at studere, hvordan rystning påvirkede arkdannelsen, holdet udviklede en ny enhed kaldet SheetRocker til forsigtigt at vippe et hætteglas med peptoider fra opretstående til vandret og tilbage igen. Denne omhyggeligt kontrollerede bevægelse gjorde det muligt for holdet præcist at kontrollere kompressionsprocessen på luft-vand-grænsefladen.

"Under rystning, monolaget af peptoider komprimerer i det væsentlige, skubber kæder af peptoider sammen og klemmer dem ud til et nanoark. Luft-vand-grænsefladen fungerer i det væsentlige som en katalysator til fremstilling af nanoplader med 95% udbytte, ” tilføjede Zuckermann. "Hvad mere er, denne proces kan være generel for en lang række todimensionelle nanomaterialer."

Denne undersøgelse er rapporteret i et papir med titlen, "Rystet, ikke omrørt:Sammenklappning af et peptoid monolag for at producere fritflydende, stabile nanoark, ” vises i Journal of the American Chemical Society ( JACS ) og tilgængelig i JACS online. Medforfatter af avisen sammen med Zuckermann og Sanii var Romas Kudirka, Andrew Cho, Neeraja Venkateswaran, Gloria Olivier, Alexander Olsen, Helen Tran, Marika Harada og Li Tan.