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Posted in | Nanomaterials

Forscher Entdecken das Bemerkenswerte Verhalten, das durch Peptid Nanostructures Aufgewiesen wird

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Experimente können zu die Entdeckung von vollständig unvorhergesehenen Phänomenen manchmal führen. So ist der Fall mit dem bemerkenswerten Verhalten, das durch Peptid nanostructures aufgewiesen wird (in Form von supramolekularen Fäden) beobachtet während der Experimente, die von den Forschern von der Northwestern-Universität am beamline 5-ID des Kooperativen durchgeführt werden Synchroton-Forschungszentrums des Zugriffs-Du Pont-Nordwestlich-Dow des Team-(DND-CAT) an der US-Abteilung der Fortgeschrittenen das Photon-Quelle der Energie (APS) an Argonne-Nationalem Laboratorium.

Eine Zeichnung, die ein Bündel von 10 Nmdurchmesser Peptidfäden in Position gebracht in eine sechseckige Reihe darstellt. Ähnliche Phänomene treten möglicherweise natürlich in den Cytoskeletons von Zellen, von Hornhaut des Auges und von anderen Bereichen der Biologie auf. Einfügung (am niedrigeren Recht) stellt die Molekülstruktur von einzelnen Fäden dar. (Bildhöflichkeit von S.I. Stupp.)

Nach Ansicht Professors Samuel Stupp, führender Autor der Studie veröffentlichte vor kurzem in der Wissenschaft, während „versuchend, die hierarchische Einteilung von Peptid nanostructures aufzuklären“ sein Team entdeckte, dass, als zerstreut im Wasser, jene filamentary nanostructures in sechseckig-bepackte Bündel organisieren konnten. Die Forscher waren überrascht, zu finden, dass bei genug hohen Konzentrationen in gelöster Form, die Fäden in kristallene Zellen (die sechseckig-bepackten Bündel) spontan selbst-zusammenbauen konnten. War das Finden Sogar überraschend, dass die Röntgenstrahlen, die verwendet wurden, um die nanostructures zu prüfen auch manchmal, Fadenkristallisation starteten. Diese Arbeit wirkt möglicherweise unser Verständnis von nanostructures in den biologischen Anlagen und in unserer Fähigkeit, die Zelle von Materialien zu steuern aus.

Die Fäden, die für diese Forschung verwendet wurden, besaßen Durchmesser von herum 10 nm und von Längen im Auftrag der zehn Mikrometer. Die Fäden wurden von einem synthetischen Molekül berechnet, das eine kurze Peptidreihenfolge enthält. Peptide sind die Mittel, die zwei enthalten oder mehr Aminosäuren. Hier bestand die Peptidreihenfolge aus sechs Alaninaminosäuremolekülen, die zu drei Glutaminsäuremolekülen geklebt wurden - abgekürztes Ala6Glu3 - das der Reihe nach zu einem Alkylmolekül verpflanzt wurde. Die resultierenden „Supramoleküle“ selbst-bauten im Wasser zusammen, um die Fäden zu bilden.

Eine Reihenfolge von Experimenten wurde konstruiert, um die Anordnung für die Fäden aufzudecken, die im Wasser zerstreut wurden. Die Verschiedenen wässrigen Konzentrationen der Fäden wurden innerhalb der kleinen 2 Mmdurchmesser Quarzkapillaren gelegt und studiert das Klein-winkel Röntgenstrahlzerstreuen (SAXS) am DND-CAT beamline verwendend. Die Konzentrationen reichten von 0,5 bis die Prozente mit 5 Gewichten. Die SAXS-Daten deckten dass alle Konzentrationen von den Fäden auf, die in die Bündel angesammelt wurden, die eine sechseckige Verpackung aufweisen (sehen Sie Feige. 1). Die Einteilung der Fäden in sechseckig-bepackte Bündel (d.h., Kristallisation) ist ziemlich bemerkenswert. Aber war die Beobachtung sogar bemerkenswert, die die höhere Konzentration von Fäden (die Prozente mit 2 und 5 Gewichten) spontan kristallisierte, während die Niedrigkonzentration Lösungen (die 0,5 und 1 Gewicht Prozente) nur durch Röntgenstrahlberührung kristallisierten.

Nach Ansicht Profs Stupp, die Kristallisation der Fäden, entweder durch Selbstbau oder durch Röntgenstrahlberührung, setzen Sie Phänomene fest, denen „wir nicht vor“ in anderen supramolekularen Anlagen gesehen haben. Stupp beobachtete auch, dass „, wenn man die Experimente am APS-Synchroton tat, wir überrascht waren, zu finden, dass Röntgenstrahlen Kristallisation fördern konnten.“

Ein faszinierendes Merkmal der x-Ray-induzierten Kristallisation war die Umkehrbarkeit des Prozesses, der wirklich sichtbar war. Unter Verwendung der Prozentlösung mit 1 Gewichten drehten kumulative 200 Sekunden der Röntgenstrahlbestrahlung die Anfangs-transparente Lösung undurchsichtig und zeigten Kristallisation an. Nach Röntgenstrahleinstellung verringerte sich die Opazität der Lösung langsam, bis es wieder innerhalb von ungefähr 40 Minuten klar war und zeigte einen Umsatz zur Störung an. Ein Experiment des frontalen Nachdrängens SAXS setzte die Lösung einigen 4 zweiten Röntgenstrahlimpulsen aus. Die experimentellen Daten zeigten, dass die Anfangs-ungeordneten Fäden (aufgedeckt durch die zweite Berührung erste 4) allmählich eine Änderung an sechseckig-bestellten Bündeln Fäden durchmachten, wie während der letzten Röntgenstrahlberührungen aufgezeichnet. Als das Experiment zwei Stunden später wiederholt wurde, deckten die SAXS-Daten die Fäden waren noch einmal zerrüttet auf - die kristallene Zelle war verschwunden.

Die Forscher betrachtet, ob äußere Faktoren möglicherweise zur Fadeneinrichtung beigetragen. Intensive Röntgenstrahlen können neue chemische Verbindungen innerhalb einer Lösung herstellen wegen der Ionisierung sowie produzieren subtile Heizung. Jedoch zeigten nachfolgende Prüfungen der filamentary Lösungen, dass weder unerwünschte chemische Spezies noch thermische Effekte, eine Rolle entweder in den spontanen oder x-Ray-gestarteten Kristallisationen gespielt hatten.

Hinsichtlich der grundlegenden Vorrichtung, die für Kristallisation verantwortlich ist, stellen sich die Forscher vor, dass die Langzeitstabilität der kristallenen Gebiete ein Ausgleich zwischen zwei gegenüberliegenden Spannkräften ist: die elektrische Ladung, die auf den Fäden sich befindet (entweder gediegen oder durch Röntgenstrahlbestrahlung verursacht) neigt, die filamentary getrenntbündel zu drücken, während Verleitung von Fäden innerhalb des größeren Netzes zu eine innere mechanische Drucklufterzeugung führt.

Experimentelle Daten deckten auf, dass, während Fadenkonzentration wuchs, die Anzahl von Fäden innerhalb der Bündel auch erhöhte, bis eine kritische Konzentration von Fäden ihre spontane sechseckige Anordnung innerhalb der Bündel ergab (d.h. Kristallisation). Andererseits konnten die niedrigeren filamentary Konzentrationen - unfähig, spontan zu kristallisieren - nur so tun, als Röntgenstrahlen die Ladungsdichte auf den Fäden' Oberflächen erhöhten, dadurch sie ändern sie den Ausgleich von Interfaden Kräften zugunsten der Kristallisation.

Die gleiche Vorrichtung, die ihre künstlichen kristallenen filamentary Netze erstellte, ist möglicherweise gut bei der Arbeit in den biologischen Zellen, führender Prof Stupp, zu beobachten, dass „diese Forschung uns helfen könnte, die Einteilung von nanostructures in den biologischen Anlagen zu verstehen und hat möglicherweise auch Anwendungen, wenn sie steuert die Zelle von Materialien.“

Mehr Informationen: Honggang Cui, E. Thomas Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb und Samuel I. Stupp, „Spontanes und X-Ray-Gestartete Kristallisation an der Langen Reichweite in Selbst-Zusammenbauenden Faden-Netzen,“ Wissenschaft 327, 555 (29. Januar 2010). DOI: 10.1126/science.1182340

Last Update: 13. January 2012 00:49

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