Posted in | Nanomaterials

Ερευνητές Ανακαλύψτε Αξιοσημείωτη συμπεριφορά εκ μέρους των πεπτιδίων Νανοδομές

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Τα πειράματα μπορεί μερικές φορές να οδηγήσει στην ανακάλυψη των εντελώς απρόβλεπτα φαινόμενα. Τέτοια είναι η περίπτωση με την αξιοσημείωτη συμπεριφορά εκ μέρους των πεπτίδιο νανοδομών (με τη μορφή υπερμοριακή νήματα) παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια πειραμάτων που διεξάγονται από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern στο beamline 5-ID της DuPont-Northwestern-Dow Συνεργατική Ομάδα Πρόσβασης (DND-CAT) Synchrotron Κέντρο Ερευνών του αμερικανικού υπουργείου των Photon Source προχωρημένους Ενέργειας (ΕΣΠ) στο Argonne National Laboratory .

Ένα σχέδιο που απεικονίζει μια δέσμη των 10-νανομέτρων διαμέτρου ίνες πεπτίδιο τοποθετημένα σε ένα εξαγωνικό πίνακα. Παρόμοια φαινόμενα μπορεί να συμβεί φυσικά στη cytoskeletons των κυττάρων, ο κερατοειδής χιτώνας του οφθαλμού, και σε άλλους τομείς της βιολογίας. Ένθετο (στο κάτω δεξιά) δείχνει την μοριακή δομή των μεμονωμένων ινών. (Χορηγία εικόνας από SI Stupp.)

Σύμφωνα με τον καθηγητή Samuel Stupp, κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Science, ενώ «προσπαθεί να διαλευκάνει την ιεραρχική οργάνωση του πεπτιδίου νανοδομών" η ομάδα του ανακάλυψαν ότι όταν διαλυθούν σε νερό, τα νηματώδη νανοδομών θα μπορούσε να οργανώσει σε hexagonally-συσκευασμένα δέματα. Οι ερευνητές ήταν έκπληκτοι να διαπιστώσουν ότι σε αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις στη λύση, οι ίνες θα μπορούσαν αυθόρμητα αυτο-συναρμολόγηση σε κρυσταλλικές δομές (η hexagonally-συσκευασμένα δέματα). Ακόμη μεγαλύτερη έκπληξη ήταν η διαπίστωση ότι οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται για να εξετάσουν την νανοδομών, επίσης, προκάλεσε μερικές φορές κρυστάλλωση νήμα. Το έργο αυτό μπορεί να επηρεάσει την κατανόησή μας για νανοδομών σε βιολογικά συστήματα και την ικανότητά μας να ελέγξουμε τη δομή των υλικών.

Τα νήματα που χρησιμοποιούνται για την έρευνα αυτή κατείχε διάμετρο περίπου 10 νανόμετρα και μήκος της τάξης των δεκάδων μικρόμετρα. Οι ίνες αυτές προέρχονται από ένα συνθετικό μόριο που περιέχει μια μικρή αλληλουχία του πεπτιδίου. Τα πεπτίδια είναι ενώσεις που περιέχουν δύο ή περισσότερα αμινοξέα. Εδώ, το πεπτίδιο σειρά αποτελείται από έξι αλανίνη αμινοτρανσφεράση μόρια οξέος συνδέεται με τρία μόρια γλουταμινικού οξέος - συντομογραφία Ala6Glu3 - η οποία με τη σειρά του ήταν μπολιασμένα σε αλκυλο μόριο. Το προκύπτον "supramolecules" αυτο-συναρμολογούνται σε νερό για να διαμορφώσει τα νήματα.

Μια σειρά από πειράματα που είχε ως στόχο να αποκαλύψει τη διευθέτηση των νημάτων σε διασπορά σε νερό. Διαφορετικές συγκεντρώσεις υδατικής των νημάτων τοποθετήθηκαν μέσα σε πολύ μικρό 2-mm, διαμέτρου χαλαζία τριχοειδή αγγεία και σπούδασε χρησιμοποιεί μια μικρή γωνία x-ray (SAXS) στο beamline DND-CAT. Οι συγκεντρώσεις κυμάνθηκαν 0,5 έως 5 τοις εκατό του βάρους. Τα δεδομένα SAXS αποκάλυψε ότι όλες οι συγκεντρώσεις των ινών συγκεντρώνονται σε δέσμες παρουσιάζουν ένα εξαγωνικό συσκευασίας (βλ. Σχήμα. 1). Η οργάνωση των νημάτων σε hexagonally-συσκευασμένα πακέτα (δηλαδή, κρυστάλλωση) είναι αρκετά αξιοσημείωτο. Αλλά ακόμη πιο αξιοσημείωτο ήταν η παρατήρηση ότι η υψηλότερη συγκέντρωση των ινών (2 και 5 τοις εκατό βάρους) αυθόρμητα κρυσταλλική μορφή, ενώ το χαμηλότερο συγκέντρωση λύσεις (0,5 και 1 τοις εκατό βάρους) κρυσταλλικού μόνο μέσω ακτίνων-Χ έκθεσης.

Σύμφωνα με τον καθ. Stupp, η κρυστάλλωση των νημάτων, είτε με την αυτο-οργάνωσης ή με ακτινογραφία της έκθεσης, αποτελούν φαινόμενα που «δεν έχουμε ξαναδεί" και σε άλλες υπερμοριακή συστήματα. Stupp παρατήρησε επίσης ότι «με αυτό τον πειράματα στο πλαίσιο της διαδικασίας ΕΣΠ σύγχροτρον, ήμασταν έκπληκτοι να διαπιστώσουν ότι οι ακτίνες Χ θα μπορούσε να προωθήσει κρυστάλλωση."

Ένα συναρπαστικό χαρακτηριστικό του x-ray που προκαλείται από κρυστάλλωση ήταν η αναστρεψιμότητα της διαδικασίας, η οποία ήταν πράγματι ορατή. Χρησιμοποιώντας το διάλυμα 1 τοις εκατό βάρους, μια σωρευτική 200 δευτερόλεπτα του x-ray ακτινοβολία μετέτρεψε το αρχικά-διαφανής λύση αδιαφανές, αναφέροντας κρυστάλλωση. Μετά από x-ray διακοπή, την αδιαφάνεια της λύσης σιγά-σιγά μειώθηκε έως ότου ήταν εμφανής και πάλι μέσα σε περίπου 40 λεπτά, που δείχνει την επιστροφή στην διαταραχή. Μια συνέχεια SAXS πείραμα εκτίθεται η λύση σε μια σειρά από 4 δευτερολέπτων x-ray εκρήξεις. Τα πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι η πρώτη φάση-μη διατεταγμένη νήματα (αποκαλύφθηκε από τα πρώτα 4-δεύτερη έκθεση) υποβλήθηκε σταδιακά μια αλλαγή hexagonally-διέταξε δέσμες των ινών που έχουν καταγραφεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων x-ray ανοίγματα. Όταν το πείραμα επαναλήφθηκε δύο ώρες αργότερα, τα δεδομένα SAXS αποκάλυψε τα νήματα ήταν για άλλη μια φορά διαταραγμένο - η κρυσταλλική δομή του είχε εξαφανιστεί.

Last Update: 17. October 2011 12:01

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit