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Posted in | Nanomedicine | Nanomaterials

バークレー研究所の科学者たちは、タンパク質-スタッズ鉱物表面の成長をイメージ

Published on December 15, 2009 at 7:01 PM

の科学者ローレンスバークレー国立研究所の分子ファウンドリーは、生きているシステムによって設計の主要な構造材料を垣間見ることが提供する、前例のない解像度を持つタンパク質がちりばめられた鉱物表面の成長を画像化している。チームの高解像度技術は、海でと同様に海岸の生き物で採用されている自然のメカニズムを明らかにし、それが発生したとしてこの結晶成長を観察し、操縦する手段を提供することができます。

ペプチドと結晶成長中に収集原子間力顕微鏡の画像上でシュウ酸カルシウム一水和物の結晶構造のモデル。この画像の下端には全体で約60個です。 (ジムDeYoreo、他の写真提供:ら)

何百万年の場合は、藻類からヒトまでの生物が殻、棘、骨や他の構造材料を生成するシステム - バイオミネラリゼーション、生物学的に炭酸カルシウムなどのミネラルを組織のプロセスを使用している。最近、研究者は、これらのバイオミネラルの構造や組成を解明し始めている。それは、ローカル環境を妨害したり変更しない分子レベルの分解能と迅速なイメージング能力を必要とするしかし、生体分子がこれらの複雑なアーキテクチャを形成するミネラルと対話する方法を理解することは、手ごわい課題である。

鋭いプローブを用いて結晶の地形をナノメートルスケールの丘や谷を追跡する原子間力顕微鏡は、しばしば表面を研究するために使用されます。たわみは、材料間のプローブの出会いは、その後、表面の画像を作成するために使用される電気信号に変換されます。しかし、慎重にバランスをとる行為は鋭いプローブとソフトな生体分子は、摂動のままにするために必要な柔軟性が提供する解像度を維持するために必要です。今、分子ファウンドリーの研究者はタンパク質の存在下で石灰化のプロセスを見ながら、結晶の表面すべてに繊細な生物学的材料および分起伏を見分けることができるツールを開発しました。

"我々は、分子分解能を持つハード結晶表面上に一貫して画像ソフトの高分子へのアプローチを見つけた、と我々は解決策にと多くの自然環境に適用可能な室温、でそれをやった、"ジムDeYoreo、副所長は言う分子ファウンドリー、世界中のナノサイエンスの研究者へのサポートを提供してバークレー研究所にあるエネルギー国家ユーザー施設の米国務省の。

"これらのハイブリッドプローブによって、我々は文字通り水晶が一度に原子ステップが大きくなると結晶表面と相互作用する生体分子を見ることができます。誰もが今まで解決のこの種では、このプロセスを監視することができていない、"レイモンドFriddle、ローレンスバークレー国立研究所のポスドク研究者は述べています。

DeYoreo、Friddle、これらの"ハイブリッド"原子間力顕微鏡のプローブが勉強するために使用されるの共著者のMatt Weaverとロジャー秋(ローレンスリバモア国立研究所)、ビルケーシー(カリフォルニア大学デ​​ービス校)とアンジェイWierzbicki(南アラバマ大学)、シュウ酸カルシウム一水和物の結晶成長、ミネラル人間の腎臓結石に存在し、そしてペプチド、生体細胞内の代謝機能を遂行するポリマー分子間の相互作用。これらのハイブリッドプローブは、ペプチドに最小限の障害で結晶成長を監視するために必要な速度と分解能を達成する上で重要であるシャープさと柔軟性を、組み合わせる。

チームの調査結果は、複雑なプロセスを明らかにする。シュウ酸カルシウム一水和物の正に帯電した一面では、ペプチドは、結晶成長をオンまたはオフにするスイッチのように機能する膜を形成する。しかし、負に帯電ファセットに、ペプチドは、結晶成長を減速または加速するクラスタを作成するために表面に一緒にゆすります。

"我々の結果は、結晶成長に対するペプチドの効果は単純な、小さな分子と比べてはるかに複雑な表示。溶液中ペプチドの形状が変動する傾向がある、と条件に応じて、ペプチドが表面に付着経由する複雑なプロセスがそれらを"スイッチ、スロットルとブレーキ"のセットのような結晶成長を制御できるようにする、"Friddleは述べています。 "彼らはどちらか遅くなるか加速成長を、あるいは溶液条件のわずかな変化でオンからオフに急激にそれを切り替えることができます。"

チームは、ソリューションの結晶表面の基本的な物理学を調査し、生体分子や結晶がどのように相互作用するかの理解を深めるために彼らの新しいアプローチを使用する予定です。 "我々は、これらの結果は、技術の結晶、材料合成へのバイオミメティックなアプローチ、および硬組織病理のための潜在的な治療法のよりよい制御のための基礎を築くと信じて、"DeYoreoが追加されます。

レイモンドFriddle、マットウィーバー、ロジャー秋、アンジェイWierzbicki、ウィリアムH. CaseyとジェームズJ. DeYoreo、によって紙"ペプチドミネラルの相互作用のリンクのクラスタリングと加速し、大災害への競争のサブナノメートルの原子間力顕微鏡は、"文集に表示されます。国立科学アカ​​デミーと科学オンラインの国立アカデミー紀要で使用可能です。

分子ファウンドリーでのこの作品は、契約番号DE - AC02 - 05CH11231でDOEのディレクター、科学局、基礎エネルギー科学局、材料工学専攻、によってサポートされていました。

Last Update: 9. October 2011 09:26

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