(PhysOrg.com) - Roer deze heldere vloeistof in een glazen flesje en er gebeurt niets. Schud deze vloeistof, en vrij zwevende vellen eiwitachtige structuren ontstaan, klaar om moleculen te detecteren of een reactie te katalyseren. Dit is niet de nieuwste gadget uit het arsenaal van James Bond - eerder, het nieuwste onderzoek van de wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het DOE, die onthullen hoe dunne vellen eiwitachtige structuren zichzelf assembleren. Dit "geschud, niet geroerd"-mechanisme biedt een manier om de productie van deze tweedimensionale nanosheets op te schalen voor een breed scala aan toepassingen, zoals platforms voor detectie, filtratie en sjabloongroei van andere nanostructuren.

“Onze bevindingen vertellen ons hoe we tweedimensionale, biomimetische materialen met atomaire precisie in water, ” zei Ron Zuckermann, Directeur van de Biological Nanostructures Facility bij de Molecular Foundry, een DOE nanoscience gebruikersfaciliteit bij Berkeley Lab. “Wat meer is, we kunnen deze materialen produceren voor specifieke toepassingen, zoals een platform voor het detecteren van moleculen of een membraan voor filtratie.”

Zuckermann, die ook senior wetenschapper is bij Berkeley Lab, is een pionier in de ontwikkeling van peptoïden, synthetische polymeren die zich gedragen als natuurlijk voorkomende eiwitten zonder af te breken. Zijn groep ontdekte eerder peptoïden die in staat zijn zichzelf te assembleren tot touwen op nanoschaal, bladen en kaken, versnelt de mineraalgroei en dient als platform voor het opsporen van verkeerd gevouwen eiwitten.

In deze laatste studie het team gebruikte een Langmuir-Blodgett-trog - een waterbad met aan beide uiteinden met Teflon gecoate peddels - om te bestuderen hoe peptoïde nanosheets zich aan het oppervlak van het bad verzamelen, het lucht-water grensvlak genoemd. Door een enkele laag peptoïde moleculen op het wateroppervlak te comprimeren met deze peddels, zei Babak Sanii, een postdoctoraal onderzoeker die samenwerkt met Zuckermann, "we kunnen deze laag tot een kritische druk uitpersen en kijken hoe deze in een vel instort."

"Het kennen van het mechanisme van bladvorming geeft ons een reeks ontwerpregels om deze nanomaterialen op een veel grotere schaal te maken, ', voegde Sani toe.

Om te bestuderen hoe schudden de bladvorming beïnvloedde, het team ontwikkelde een nieuw apparaat genaamd de SheetRocker om een ​​flesje peptoïden voorzichtig van rechtop naar horizontaal en weer terug te laten schommelen. Door deze zorgvuldig gecontroleerde beweging kon het team het compressieproces op de lucht-waterinterface nauwkeurig regelen.

“Tijdens het schudden, de monolaag van peptoïden comprimeert in wezen, ketens van peptoïden tegen elkaar duwen en ze uitknijpen tot een nanoblad. De lucht-waterinterface fungeert in wezen als een katalysator voor het produceren van nanosheets met een opbrengst van 95%, ', voegde Zuckermann eraan toe. “Wat meer is, dit proces kan algemeen zijn voor een grote verscheidenheid aan tweedimensionale nanomaterialen."

Dit onderzoek wordt gerapporteerd in een paper getiteld, “Geschud, niet geroerd:het instorten van een peptoïde monolaag om vrij zwevende, stabiele nanobladen, ” verschijnen in de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ) en online beschikbaar in JACS. Co-auteur van het artikel met Zuckermann en Sanii waren Romas Kudirka, Andrew Cho, Neeraja Venkateswaran, Gloria Olivier, Alexander Olson, Helen Tran, Marika Harada en Li Tan.