Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials

De Onderzoekers Ontdekken Opmerkelijk Gedrag dat door Peptide Nanostructures wordt Tentoongesteld

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

De Experimenten kunnen soms tot de ontdekking van volledig niet voorziene fenomenen leiden. Zulke is het geval met het opmerkelijke gedrag dat door peptide nanostructures (in de vorm van supramolecular gloeidraden) wordt tentoongesteld die tijdens experimenten wordt waargenomen die door onderzoekers van Noordwestelijke Universiteit bij beamline 5-identiteitskaart worden uitgevoerd van het SamenwerkingsOnderzoekscentrum van het Synchotron van het Team van de Toegang Dupont-noordwestelijk-Dow (dnd-KAT) Bij de Bron van het Foton van het Ministerie van de V.S. van Energie Geavanceerde (APS) bij Nationaal Laboratorium Argonne.

Een tekening die een bundel van 10 nanometer-diameter peptide gloeidraden afschilderen die in een hexagonale serie worden geplaatst. De Gelijkaardige fenomenen kunnen natuurlijk op cytoskeletons van cellen, het hoornvlies van het oog, en ander gebied van biologie voorkomen. Het Bijvoegsel (bij lager recht) schildert de moleculaire structuur van individuele gloeidraden af. (De hoffelijkheid van het Beeld van S.I. Stupp.)

Volgens Professor Samuel Stupp, hoofdauteur van de studie die onlangs in Wetenschap wordt gepubliceerd, terwijl „het proberen om de hiërarchische organisatie van peptide nanostructures“ nader toe te lichten zijn team ontdekte dat wanneer verspreid in water, die filamentary nanostructures zich in hexagonally-ingepakte bundels konden organiseren. De onderzoekers waren verrast om te vinden dat bij voldoende hoge concentraties in oplossing, de gloeidraden spontaan in kristallijne structuren (de hexagonally-ingepakte bundels) konden zelf-assembleren. Het verrassend was vinden dat de röntgenstralen die worden gebruikt om nanostructures te sonderen ook soms gloeidraadkristallisatie teweegbrachten. Dit werk kan ons begrip van nanostructures in biologische systemen en onze capaciteit beïnvloeden om de structuur van materialen te controleren.

De gloeidraden die voor dit onderzoek worden gebruikt bezaten diameters van rond 10 nanometers en lengten op de orde van tientallen micrometers. De gloeidraden werden afgeleid uit een synthetische molecule die een korte peptide opeenvolging bevatten. Peptides zijn samenstellingen die twee of meer aminozuren bevatten. Hier, bestond de peptide opeenvolging uit zes alanine aminozuurmolecules in entrepot op drie glutamic zuurmolecules - afgekorte Ala6Glu3 - die beurtelings aan een alkyl molecule werd geënt. Resulterende „supramolecules“ die in water wordt zelf-geassembleerd om de gloeidraden te vormen.

Een opeenvolging van experimenten werd ontworpen om de regeling van de gloeidraden te openbaren die in water worden verspreid. De Verschillende waterige concentraties van de gloeidraden werden geplaatst binnen uiterst kleine 2 mm-diameter kwartshaarvaten en werden bestudeerd gebruikend small-angle röntgenstraal die (SAXS) verspreiden zich bij dnd-KAT beamline. De concentraties strekten zich van 0.5 uit tot 5 gewichtenpercenten. De Saxs- gegevens openbaarden dat alle concentraties van gloeidraden in bundels tentoonstellend een hexagonale verpakking bijeenvoegden (zie Fig. 1). De organisatie van de gloeidraden in hexagonally-ingepakte bundels (d.w.z., kristallisatie) is vrij opmerkelijk. Maar opmerkelijker was de observatie dat de hogere concentratie van gloeidraden (2 en 5 gewichtenpercenten) spontaan kristalliseerde, terwijl de laag-concentratieoplossingen (0.5 en 1 gewichtspercenten) die slechts door x-ray blootstelling worden gekristalliseerd.

Volgens Prof. Stupp, vormt de kristallisatie van de gloeidraden, of door zelf-assemblage of door x-ray blootstelling, fenomenen „wij niet waarvóór“ in andere supramolecular systemen hebben gezien. Stupp merkte ook op dat „in het doen van de experimenten bij het APS synchotron, wij verrast waren om te vinden dat de röntgenstralen kristallisatie konden bevorderen.“

Een fascinerende eigenschap van de x-Ray-veroorzaakte kristallisatie was de omkeerbaarheid van het proces, dat eigenlijk zichtbaar was. Gebruikend de oplossing van 1 gewichtspercenten, draaiden de cumulatieve 200 seconden van x-ray straling de aanvankelijk-transparante ondoorzichtig oplossing die, op kristallisatie wijzen. Na x-ray onderbreking, verminderde de opaciteit van de oplossing langzaam tot het opnieuw binnen ongeveer 40 minuten duidelijk was, die op een terugkeer wijzen aan wanorde. Een follow-upSAXS experiment stelde de oplossing aan een aantal 4 tweede x-ray uitbarstingen bloot. De experimentele gegevens toonden aan dat de aanvankelijk-ongeordende gloeidraden (die door eerste tweede blootstelling 4 worden geopenbaard) geleidelijk aan een verandering in hexagonally-opdracht gegeven tot bundels van gloeidraden zoals die tijdens de laatste x-ray blootstelling worden geregistreerd ondergingen. Toen het experiment twee later uren werd herhaald, openbaarden de Saxs- gegevens de gloeidraden nogmaals wanordelijk waren - de kristallijne structuur was verdwenen.

De onderzoekers overwogen of de vreemde factoren tot gloeidraad het opdracht geven tot zouden kunnen bijgedragen hebben. De Intense röntgenstralen kunnen tot nieuwe chemische samenstellingen binnen een oplossing leiden toe te schrijven aan ionisatie, evenals veroorzaken het subtiele verwarmen. Nochtans, toonden de verdere tests van de filamentary oplossingen aan dat noch de ongewenste chemische species, noch de thermische gevolgen, een rol in of de spontane of x-Ray-teweeggebrachte kristallisaties hadden gespeeld.

Betreffende het basismechanisme verantwoordelijk voor kristallisatie, voorzien de onderzoekers dat de stabiliteit op lange termijn van de kristallijne domeinen een evenwicht tussen twee verzettende spanningen is: de elektrische lasten die op de gloeidraden (of inheems of veroorzaakt door x-ray straling) verblijven neigen om filamentary bundels te duwen apart, terwijl de vangst van gloeidraden binnen het grotere netwerk tot een binnenkomende mechanische compressie leidt.

De Experimentele gegevens openbaarden dat als gloeidraad de concentratie groeide, het eveneens verhoogde aantal gloeidraden binnen bundels, tot een kritieke concentratie van gloeidraden in hun spontane hexagonale regeling binnen de bundels resulteerde (d.w.z. kristallisatie). Anderzijds, konden de lagere filamentary concentraties - onbekwaam spontaan om te kristalliseren - slechts dit doen toen de röntgenstralen de lastendichtheid op de gloeidraden' oppervlakten verhoogden, daardoor veranderend het saldo van inter-gloeidraadkrachten ten gunste van kristallisatie.

Het zelfde mechanisme dat tot hun kunstmatige kristallijne filamentary netwerken leidde kan goed bij het werk in biologische cellen zijn, die Prof. Stupp ertoe brengen om op te merken dat „dit onderzoek ons kon helpen de organisatie van nanostructures in biologische systemen begrijpen, en kan toepassingen ook hebben in het controleren van de structuur van materialen.“

Meer informatie: Honggang Cui, E. Thomas Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb, en Samuel I. Stupp, „Spontaan en x-Ray-Teweeggebrachte Kristallisatie bij Lange Waaier in zelf-Assembleert de Netwerken van de Gloeidraad,“ Wetenschap 327, 555 (29 Januari 2010). DOI: 10.1126/science.1182340

Last Update: 13. January 2012 00:45

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