Små carbon nanorør porer gør stor indflydelse

Et hold ledet af forskerne fra Lawrence Livermore har skabt en ny slags ionkanal baseret på korte kulstof nanorør, som kan indsættes i syntetiske dobbeltlag og levende cellemembraner for at danne små porer, der transporterer vand, protoner, små ioner og DNA.

Disse kulstof nanorør "poriner" har betydelige konsekvenser for fremtidig sundhedspleje og bioingeniørapplikationer. Nanorør-poriner kunne med tiden bruges til at levere stoffer til kroppen, tjene som grundlag for nye biosensorer og DNA-sekventeringsapplikationer, og bruges som komponenter i syntetiske celler.

Forskere har længe været interesseret i at udvikle syntetiske analoger af biologiske membrankanaler, der kunne replikere høj effektivitet og ekstrem selektivitet til transport af ioner og molekyler, der typisk findes i naturlige systemer. Imidlertid, disse bestræbelser involverede altid problemer med at arbejde med syntetiske stoffer, og de matchede aldrig de biologiske proteiners evner.

I modsætning til at tage en pille, som absorberes langsomt og leveres til hele kroppen, kulstof nanorør kan udpege et nøjagtigt område at behandle uden at skade de andre organer omkring.

"Mange gode og effektive lægemidler, der behandler sygdomme i et organ, er ret giftige for et andet, " sagde Aleksandr Noy, en LLNL biofysiker, der ledede undersøgelsen og er seniorforfatter på papiret, der vises i 30. oktober-udgaven af ​​tidsskriftet, Natur . "Det er grunden til, at levering til en bestemt del af kroppen og kun frigive den dér er meget bedre."

Lawrence Livermore-holdet, sammen med kolleger ved Molecular Foundry ved Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California Merced og Berkeley campusser, og Universitetet i Baskerlandet i Spanien skabte en ny type af en meget mere effektiv, biokompatibel membranporekanal ud af et kulstofnanorør (CNT) - et halmlignende molekyle, der består af et sammenrullet grafenark.

Denne forskning viste, at på trods af deres strukturelle enkelhed, CNT-poriner udviser mange karakteristiske opførsel af naturlige ionkanaler:de indsættes spontant i membranerne, skifte mellem metastabile konduktanstilstande, og viser karakteristiske makromolekyle-inducerede blokader. Holdet fandt også ud af, at ligesom i de biologiske kanaler, lokale kanal- og membranladninger kunne kontrollere ionkonduktansen og ionselektiviteten af ​​CNT-porinerne.

"Vi fandt ud af, at disse nanoporer er en lovende biomimetisk platform til udvikling af cellegrænseflader, studere transport i biologiske kanaler, og skabe biosensorer, " sagde Noy. "Vi tænker på CNT-poriner som en første virkelig alsidig syntetisk nanopore, der kan skabe en række anvendelser inden for biologi og materialevidenskab."

"Taget sammen, vores resultater fastslår CNT-poriner som en lovende prototype af en syntetisk membrankanal med iboende robusthed over for biologiske og kemiske udfordringer og enestående biokompatibilitet, der skulle vise sig at være værdifuld for bionanofluidiske og cellulære grænsefladeapplikationer, " sagde Jia Geng, en postdoc, der er den første medforfatter til papiret.

Kyunghoon Kim, en postdoc og en anden medforfatter, tilføjede:"Vi forventer også, at vores CNT-poriner kan modificeres med syntetiske 'gates' for dramatisk at ændre deres selektivitet, åbner op for spændende muligheder for deres anvendelse i syntetiske celler, lægemiddellevering og biosensing."