Opløsningsmiddel pH kontrollerer interaktioner af guld nanoclusters, tilbyder potentielle anvendelser inden for medicin og billeddannelse

Egenskaberne af guld i nanoskala er væsentligt forskellige fra dem for bulk guld. Af særlig interesse er guldnanokluster, der er sammensat af mellem ti til nogle hundrede guldatomer. Talrige af sådanne klyngestrukturer er kendte og kan syntetiseres med atomær præcision. Formålet med denne afhandling var at anvende molekylær dynamik simuleringer på at undersøge egenskaber af guld nanoclusters i forskellige miljøer. Simuleringerne afslører, at guld nanokluster kan binde sig til vira ved forskellige interaktioner, og at styrken af ​​vekselvirkningerne er afhængig af pH-forhold.

Gyldenanoklusters anvendelighed i medicin er bredt undersøgt. På universitetet i Jyväskylä, deres anvendelse er blevet demonstreret for eksempel ved virusbilleddannelse. Guld nanoclusters er generelt sammensat af en guldkerne dækket af et beskyttende lag af forskellige molekyler. Det beskyttende lag bestemmer således i det væsentlige, hvordan guldnanoclusteren interagerer med sit miljø. I øvrigt, guldnanoclusternes egenskaber kan ændres ved at skræddersy typen af ​​molekylerne i det beskyttende lag.

Målet med M.Sc Emmi Pohjolainens afhandling ved Jyväskylä Universitet, Finland, var at studere forskellige guld nanoclusters i forskellige miljøer ved hjælp af molekylær dynamik simuleringer. Molekylær dynamik simuleringer er et etableret værktøj i studier af systemer, hvis egenskaber og dynamik skal undersøges i atomær præcision, samtidig med at beregningstiden holdes rimelig.

Mens simuleringer af molekylær dynamik er blevet meget brugt i studier af biomolekyler, deres anvendelse i metal nanokluster forskning har været relativt sparsom. Det første mål med denne afhandling var at udvikle og validere parametre for at muliggøre simulering af sådanne systemer. Disse parametre er siden også blevet brugt af andre grupper uden for Jyväskylä universitet.

Surhedsgraden styrer guld nanoclusters binding til virus

Alle simuleringsresultater skal i det væsentlige være forbundet med de eksperimentelle data. På den ene side kan de eksperimentelle resultater suppleres med simuleringsresultater, på den anden side skal tilgængelig eksperimentel information bruges til at validere simuleringens godhed. Simuleringerne udført for denne afhandling omfattede for eksempel simulering af guld nanoclusters i interaktioner med virus, ved at konstruere et system med et fuldt viruskapsid dækket med 60 guld nanoclusters. Dette system indeholdt omkring 3,5 millioner atomer, og er som sådan et bemærkelsesværdigt stort system til at simulere i atomistisk skala.

Resultaterne afslørede, at guld-nanoklynger kan interagere med virussen på forskellige måder, og styrken af ​​disse interaktioner afhænger af pH-forholdene. Denne information kan i fremtiden blive brugt i design af billeddannelse og lægemiddelmolekyler, der skal bindes til specifikke steder på virusoverfladen. Også binding af forskellige typer lægemiddelmolekyler til virussen blev simuleret, og bindingsstyrker blev sammenlignet med guld nanoclusters.

I dette speciale også selvsamling af guld nanoclusters til flager eller sfæriske strukturer, tidligere observeret eksperimentelt, blev simuleret. Simuleringerne afslørede, at stabiliteten af ​​sådanne overbygninger er afhængig af både opløsningsmiddelforhold og fordelingen af ​​ladninger på klyngens overflade. Dermed, selvmontering eller adskillelse kunne kontrolleres ved at ændre opløsningsmidlet og pH-forholdene. Denne egenskab kunne f.eks. være anvendelig i lægemiddelbærermolekyler.