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

Mananaliksik Tuklasin kapansin-pansin na Ugali na Exhibited ng Peptide Nanostructures

Published on April 9, 2010 at 3:04 AM

Eksperimento ay maaring humantong sa pagtuklas ng ganap na unanticipated phenomena. Ganitong ang kaso na may kapuna-puna na pag-uugali na exhibited sa pamamagitan ng peptide nanostructures (sa form ng supramolecular filament) na sinusunod sa panahon ng mga eksperimento natupad sa pamamagitan ng mga mananaliksik mula sa Northwestern University sa beamline 5-ID ng Dupont-Northwestern-Dow collaborative Access Team (DND-CAT) synchrotron Research Center sa sa US Department ng Advanced poton Enerhiya Source (APS) sa Argonne Pambansang Laboratory .

Guhit na naglalarawan ng isang bundle ng 10-nanometer-lapad filament peptide na nakaposisyon sa isang heksagunal array. Katulad phenomena ay maaaring mangyari nang natural sa cytoskeletons ng mga cell, ang kornea ng mata, at iba pang mga lugar ng biology. Paningit (sa ibabang-kanan) ay nangangahulugan ng molekular istraktura ng mga indibidwal na mga filament. (Kagandahang-loob ng Imahe ng si Stupp.)

Ayon sa Propesor Samuel Stupp, humantong may-akda ng ang pag-aaral kamakailan-publish sa Science, habang "sinusubukan upang magpaliwanag sa hierarchical organisasyon ng mga peptide nanostructures" kanyang koponan ay natuklasan na kapag dispersed sa tubig, ang mga filamentary nanostructures na iyon ay maaaring ayusin sa hexagonally-nakaimpake bundle. Ang mga mananaliksik ay nagulat na upang mahanap na sa sapat na mataas na mga concentrations sa solusyon, ang filament ay maaaring spontaneously sa sarili magtipon sa mala-kristal na istraktura (mga hexagonally-nakaimpake bundle). Dagdag pang nakakagulat ay ang paghahanap na ang x-ray na ginamit upang probe ang nanostructures din minsan trigger filament pagkikristal. Trabaho na ito ay maaaring epekto ang aming-unawa ng mga nanostructures sa mga biological na sistema at ang aming abilidad upang makontrol ang istraktura ng mga materyales.

Ang mga filament na ginagamit para sa pananaliksik na ito ay may nagmamay ari ng mga diameters ng mga paligid ng 10 nanometers at haba ng sa pagkakasunod-sunod ng mga sampu-sampung micrometers. Ang mga filament ay nagmula mula sa isang sintetiko Molekyul na naglalaman ng isang maikling peptide sequence. Peptides ay mga compounds na naglalaman ng dalawa o higit pang mga amino acids. Dito, ang peptide sequence ay binubuo ng anim na alanine amino acid molecule na bonded sa tatlong mga molecule sa glutamic acid - pinaikli Ala6Glu3 - na kung saan ay grafted sa isang alkyl Molekyul. Ang resultang "supramolecules" self-binuo sa tubig sa form ang mga filament.

Ang isang sequence ng mga eksperimento ay dinisenyo upang ipakita ang-aayos ng mga filament na dispersed sa tubig. Iba't ibang mga may tubig na concentrations ng filament ay inilagay sa loob ng maliliit na 2-mm-lapad kuwarts capillaries at aral ng paggamit ng maliit na anggulo x-ray scattering (SAXS) sa DND-CAT beamline. Ang mga concentrations ranged mula sa 0.5 sa 5 timbang porsiyento. Ang mga SAXS data ipinahayag na ang lahat ng mga concentrations ng filament pinagsama-sama sa bundle na exhibiting isang heksagunal packing (makita ang Fig. 1). Ang organisasyon ng ang mga filament sa hexagonally-nakaimpake bundle (ibig sabihin, pagkikristal) ay tunay pambihira. Ngunit mas kapansin-pansin ay ang pagmamasid na ang mga mas mataas na konsentrasyon ng filament (2 at 5 porsiyento ng timbang) spontaneously crystallized, habang ang mga mas mababa ang concentration solusyon (0.5 at 1 porsiyento ng timbang) crystallized lamang sa pamamagitan ng x-ray exposure.

Ayon sa Prof. Stupp, ang pagkikristal ng filament, alinman sa pamamagitan ng self-pagpupulong o sa pamamagitan ng x-ray exposure, bumubuo ng mga phenomena na "hindi pa namin nakita bago" sa iba pang mga supramolecular system. Stupp din sinusunod na "sa paggawa ng mga eksperimento sa APS synchrotron, kami ay nagulat na upang mahanap na x-ray ay maaaring magsulong ng pagkikristal."

Isang kamangha-manghang tampok ng x-ray-sapilitan pagkikristal ay ang pagbabalik ng ang proseso, na kung saan ay talagang makikita. Gamit ang 1 porsiyento solusyon timbang, ang isang pinagsama-samang 200 segundo ng pag-iilaw ng x-ray nakabukas ang una-transparent na solusyon na malabo, na nagpapahiwatig ng pagkikristal. Matapos ang x-ray pagtigil, ang opacity ang solusyon ay dahan-dahan nabawasan hanggang ito ay malinaw muli sa loob ng halos 40 minuto, na nagpapahiwatig ng isang bumalik sa kaguluhan. Ang isang follow-up SAXS eksperimento nakalantad na solusyon sa isang bilang ng mga 4-pangalawang x-ray bursts. Ang mga eksperimentong data nagpakita na ang mga paunang-unordered filament (ipinahayag sa pamamagitan ng ang unang 4-second exposure) dahan-dahan underwent isang pagbabago sa hexagonally-iniutos na bundle ng mga filament na naitala habang ang huling x-ray na exposures. Kapag ang eksperimento ay paulit-ulit na dalawang oras mamaya, ang SAXS data ipinahayag ang mga filament ay muli disordered - ang mala-kristal na istraktura ay nawala.

Ang mga mananaliksik itinuturing kung ang mga labis na mga kadahilanan ay maaaring magkaroon ng ambag sa filament pag-order. Matinding x-ray ay maaaring lumikha ng mga bagong chemical compounds sa loob ng isang solusyon dahil sa ionization, pati na rin gumawa mahiwaga pagpainit. Gayunpaman, ang mga kasunod na mga pagsusuri ng ang filamentary solusyon ay nagpakita na ni hindi kanais-nais na mga species ng kemikal, o thermal epekto, ay nilalaro ng isang bahagi sa alinman sa mga kusang-loob o x-ray-trigger crystallizations.

Tungkol ang pangunahing mekanismo na responsable para sa pagkikristal, ang mga mananaliksik na makita na ang pang-matagalang katatagan ng mala-kristal domain ay isang balanse sa pagitan ng mga dalawang paghadlang ng mga tensions: electric singil na nakatira sa filament (alinman sa katutubong o sapilitan sa pamamagitan ng x-ray pag-iilaw) ay may posibilidad na itulak filamentary bundle hiwalay, habang ang entrapment ng mga filament sa loob ng mas malaking network ay humahantong sa isang papasok compression ng makina.

Eksperimental data ipinahayag na ng filament concentration lumago, ang bilang ng mga filament sa loob ng mga bundle nadagdagan pati na rin, hanggang sa ang isang kritikal na konsentrasyon ng mga filament na nagresulta sa ang kanilang mga kusang-loob heksagunal-aayos sa loob ng bundle (ie pagkikristal). Sa kabilang banda, ang mas mababang mga filamentary concentrations - hindi na spontaneously gawing kristal - ay maaari lamang gawin ito kapag ang x-ray ay nadagdagan ang singil density sa ang mga filament 'ibabaw, sa gayon ang pagbabago ng ang balanse ng mga maki-filament pwersa sa pabor ng pagkikristal.

Ang parehong mekanismo na nilikha ng mga kanilang mga ginawa ng tao mala-kristal filamentary network ay maaaring na rin sa trabaho sa biological mga cell, na humahantong sa Prof. Stupp obserbahan na "ang pananaliksik na ito ay maaaring makatulong sa amin na maunawaan ang mga organisasyon ng mga nanostructures sa biological sistema, at maaari ring magkaroon ng mga aplikasyon sa pagkontrol ang istraktura ng mga materyales sa. "

Karagdagang impormasyon: Honggang Cui, E. Thomas Pashuck, Yuri S. Velichko, Steven J. Weigand, Andrew G. Cheetham, Christina J. Newcomb, at Samuel I. Stupp, "kusang-loob at X-ray-trigger pagkikristal sa Long Saklaw sa ng Self-Assembling Filament Network, "Science 327, 555 (29 Enero 2010). Doi: 10.1126/science.1182340

Last Update: 10. October 2011 05:05

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