Forskere skaber kunstigt protein til at kontrollere samling af buckyballs

En videnskabsmand fra Dartmouth College og hans samarbejdspartnere har skabt et kunstigt protein, der organiserer nye materialer på nanoskala.

"Dette er en proof-of-principle undersøgelse, der viser, at proteiner kan bruges som effektive midler til at organisere nanomaterialer ved design, " siger seniorforfatter Gevorg Grigoryan, en assisterende professor i datalogi ved Dartmouth. "Hvis vi lærer at gøre dette mere generelt - den programmerbare selvsamling af præcist organiserede molekylære byggesten - vil dette føre til en række nye materialer til en lang række anvendelser, fra medicin til energi."

Undersøgelsen vises i tidsskriftet i Naturkommunikation .

Ifølge U.S. National Nanotechnology Initiative, forskere og ingeniører finder en lang række måder at bevidst fremstille materialer på nanoskala - eller atom- og molekylært niveau - for at drage fordel af deres forbedrede egenskaber såsom højere styrke, lettere vægt, øget kontrol af lysspektret og større kemisk reaktivitet end deres modstykker i større skala.

Proteiner er "smarte" molekyler, kodet af vores gener, som organiserer og orkestrerer stort set alle molekylære processer i vores celler. Målet med den nye undersøgelse var at skabe et kunstigt protein, der ville selvorganisere sig til et nyt materiale - et atomisk periodisk gitter af buckminster fulleren-molekyler. Buckminster fulleren (forkortet buckyball) er et kuglelignende molekyle sammensat af 60 kulstofatomer formet som en fodbold. Buckyballs har en række usædvanlige egenskaber, som har begejstret videnskabsmænd i flere årtier på grund af deres potentielle anvendelser. Buckyballs bruges i øjeblikket i nanoteknologi på grund af deres høje varmemodstand og elektriske superledningsevne, men molekylet er svært at organisere på ønskede måder, som hæmmer brugen af ​​det i udviklingen af ​​nye materialer.

I deres nye forskning, Grigoryan og hans kolleger viser, at deres kunstige protein interagerer med buckyball og faktisk organiserer det i et gitter. Yderligere, de bestemte den 3-dimensionelle struktur af dette gitter, som repræsenterer det første atomistiske syn på et protein/buckyball-kompleks nogensinde.

"At lære at konstruere selvsamling ville muliggøre den præcise organisering af molekyler ved design for at skabe stof med skræddersyede egenskaber, " siger Grigoryan. "I denne forskning, vi demonstrerer, at proteiner kan lede selvsamlingen af ​​buckminsterfulleren ind i ordnede overbygninger. Yderligere, spændende, vi har observeret dette protein/buckyball gitter leder elektricitet, noget, som det protein-alene gitter ikke gør. Dermed, vi er begyndt at se nye materielle adfærd, der kan opstå fra kæmning af de fascinerende egenskaber ved buckyball og proteiners evner til at organisere stof på atomær skala. Taget sammen, vores resultater tyder på et nyt middel til at organisere fullerenmolekyler i et rigt udvalg af gitter for at generere nye egenskaber ved design."