Lab afslører ny syntetisk stilladsteknik i nanostørrelse

Videnskabsmænd, herunder University of Oregon kemiker Geraldine Richmond, har tappet olie og vand for at skabe stilladser, der kan samles, syntetiske proteiner kaldet peptoid nanosheets, der efterligner komplekse biologiske mekanismer og processer.

Præstationen - detaljeret i denne uge i et papir, der er lagt online forud for tryk af Proceedings of the National Academy of Sciences — forventes at give næring til et alternativt design af de todimensionelle peptoid nanosheets, der kan bruges i en bred vifte af applikationer. Blandt dem kunne være forbedrede kemiske sensorer og separatorer, og sikrere, mere effektive lægemiddelleveringsmidler.

Studiets medforfatter Ronald Zuckermann fra Molecular Foundry ved Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) udviklede først disse ultratynde nanoark i 2010 ved hjælp af en luft-og-vand-kombination.

"Vi tænker ofte på olie på vand som noget, der er miljømæssigt dårligt, når faktisk, min gruppe i løbet af de sidste 20 år har studeret de unikke egenskaber ved krydset mellem vand og olie som et interessant sted for molekyler at samles på unikke måder – inklusive for sæber og oliedispergeringsmidler, " sagde Richmond, der har en UO-præsidentstol. "Denne undersøgelse viser, at det også er en unik platform til fremstilling af nanoark."

Hovedforfatterne på projektet var Ellen J. Robertson, en ph.d.-studerende i Richmonds laboratorium på tidspunktet for forskningen, og Gloria K. Oliver, en postdoc-forsker ved LBNL. Robertson er nu postdoc-forsker ved LBNL.

Arbejdet i Richmonds laboratorium hjalp med at identificere mekanismen bag dannelsen af ​​nanopladerne ved en olie-vand-grænseflade.

"Supramolekylær samling ved en olie-vand-grænseflade er en effektiv måde at producere 2D-nanomaterialer fra peptoider, fordi den grænseflade hjælper med at fororganisere peptoidkæderne for at lette deres selvinteraktion, " sagde Zuckermann, en senior videnskabsmand ved LBNL's Molecular Foundry i en pressemeddelelse. "Denne øgede forståelse af peptoid-samlingsmekanismen burde gøre os i stand til at opskalere til at producere store mængder, eller nedskalering, ved hjælp af mikrofluidik, at screene mange forskellige nanoark for nye funktioner."

Zuckermann og Richmond er de tilsvarende forfattere på papiret. Yderligere medforfattere er Menglu Qian og Caroline Proulx, begge af LBNL.

Ligesom naturlige proteiner, syntetiske proteiner folder og tilpasser sig til strukturer, der tillader dem at udføre specifikke funktioner. I hans tidligere arbejde, Zuckermanns team på LBNL's Molecular Foundry opdagede en teknik til at syntetisere peptoider til ark, der kun var nogle få nanometer tykke, men op til 100 mikrometer i længden. Disse var blandt de største og tyndeste fritsvævende organiske krystaller, der nogensinde er lavet, med et areal-til-tykkelse svarende til en plastikplade, der dækker en fodboldbane.

"Peptoid nanosheet-egenskaber kan skræddersyes med stor præcision, Zuckermann siger, "og da peptoider er mindre sårbare over for kemisk eller metabolisk nedbrydning end proteiner, de er en meget lovende platform til selvsamlende bio-inspirerede nanomaterialer."

For at oprette den nye version af nanoarkene, forskerholdet brugte vibrationssum frekvensspektroskopi til at undersøge de molekylære interaktioner mellem peptoiderne, når de samles ved olie-vand-grænsefladen. Arbejdet viste, at peptoidpolymerer adsorberet til grænsefladen er højt ordnet på en måde, der er påvirket af interaktioner mellem nabomolekyler.

Substitutionen af ​​olie i stedet for luft skaber en række nye muligheder for konstruktion og produktion af peptoid nanosheets, sagde forskerne. Oliefasen, for eksempel, kan indeholde kemiske reagenser, tjene til at minimere fordampning af den vandige fase eller muliggøre mikrofluidisk produktion.