Inspireret af biologi, forskere skabte nye små rør, der kunne hjælpe med vandrensning og vævsteknik

Materialeforskere, ledet af et team ved Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, designet et lille rør, der ruller op og lukkes med lynlås.

Disse hule nanorør er tusindvis af gange mindre end en hårstreng og kan hjælpe med vandfiltrering, vævsteknik og mange andre applikationer.

Rørene blev inspireret af proteinstrukturer kaldet mikrotubuli, der findes i celler, ifølge PNNL's Chun-Long Chen.

"Cellens struktur er så smuk, "sagde Chen, en materialekemiker, der forestillede og ledede projektet. "Vi ønskede at skabe et syntetisk system, der efterligner mikrotubulusstrukturen og er stabilt nok til en række forskellige tekniske applikationer."

Chen, hans PNNL -kolleger og deres samarbejdspartnere offentliggjorde deres resultater i denne uge i Naturkommunikation .

Efterligner mikrotubuli

Mikrotubuli er små hule rør, der hjælper med at holde DNA organiseret under celledeling og danner motorveje til at flytte indhold rundt i cellen.

Disse mobilveje består af lange proteinkæder, der samles til en stiv, men hul, rør. Mikrotubuli har en ensartet, men dynamisk struktur, og de inspirerer forskere som Chen.

Chens gruppe håber at bruge små hule rør som mikrotubuli til at skabe et robust vandfiltreringssystem, der ville fange salt eller andre molekyler indeni og lade rent vand slippe ud af den anden ende. Ud over, de vil overvåge, hvordan stamceller tilpasser sig forskellige miljøer ved at studere, hvordan cellerne ændrer sig, mens de vokser på disse rør.

Men forskerne kan ikke selv bruge mikrotubuli til disse projekter. Mikrotubuli kan være stive og lydhøre, men de er også modtagelige for temperaturændringer og mikrober.

For eksempel, "hvis vi vil bruge mikrotubuli til vandfiltrering, du vil ikke have et filter, der kan spises af bakterier, "sagde Chen.

Så teamet gik i gang med at lave en syntetisk version af mikrotubuli ved hjælp af proteinlignende molekyler kaldet peptoider. Ligesom proteiner, peptoider består af et gentagende mønster af byggesten med små variationer, men peptoider er mere stabile.

Disse nye nanorør dannes på en unik måde. Først, små peptoidpartikler samles for at danne et ark. Derefter lukker arket i den ene ende og ruller ind i et sømløst rør.

Nano værktøjskasse

For at karakterisere nanorørene, forskerne brugte en række forskellige teknikker, herunder nogle på Advanced Light Source og Molecular Foundry, to DOE Office of Science brugerfaciliteter på Lawrence Berkeley National Laboratory.

Chen og hans team opdagede, at disse nanorør er yderst skræddersyede. Gruppen kunne kontrollere et rørs størrelse, diameter, tykkelse og stivhed ved at justere rørsammensætningen eller ændre opløsningens surhed.

For at teste stivheden i nanorørene, Chens team lagde pres på individuelle nanorør og målte, hvordan de ændrede form. Rørene har en stivhed, der falder mellem biologisk væv og hårdere stoffer som glas og glimmer, hvilken, sagde Chen, er fantastisk til de typer eksperimenter, han håber at lave.

Men Chen vil ikke stoppe der. For ham, målet er at skabe noget, der efterligner naturen i struktur og funktion.

"Naturen har givet os alle slags smukke eksempler, "sagde han." Fisk kan optage vand fra havet uden at skulle bekymre sig om høje saltforhold. Hvis vi kunne efterligne denne adfærd ved at bygge kunstige cellemembraner, der indeholder disse nanorør, vi kunne løse nogle af de store problemer, vores verden står over for i dag. "