Een wetenschapper van Dartmouth College en zijn medewerkers hebben een kunstmatig eiwit gemaakt dat nieuwe materialen op nanoschaal organiseert.

"Dit is een proof-of-principle-studie die aantoont dat eiwitten kunnen worden gebruikt als effectieve voertuigen voor het organiseren van nanomaterialen door ontwerp, " zegt senior auteur Gevorg Grigoryan, een assistent-professor computerwetenschappen aan Dartmouth. "Als we dit meer in het algemeen leren doen - de programmeerbare zelfassemblage van nauwkeurig georganiseerde moleculaire bouwstenen - zal dit leiden tot een reeks nieuwe materialen voor een groot aantal toepassingen, van medicijn tot energie."

De studie verschijnt in het tijdschrift in Natuurcommunicatie .

Volgens het Amerikaanse National Nanotechnology Initiative, wetenschappers en ingenieurs vinden een breed scala aan manieren om opzettelijk materialen op nanoschaal - of op atomair en moleculair niveau - te maken om te profiteren van hun verbeterde eigenschappen zoals hogere sterkte, lichter gewicht, meer controle over het lichtspectrum en een grotere chemische reactiviteit dan hun tegenhangers op grotere schaal.

Eiwitten zijn "slimme" moleculen, gecodeerd door onze genen, die in wezen alle moleculaire processen in onze cellen organiseren en orkestreren. Het doel van de nieuwe studie was om een ​​kunstmatig eiwit te creëren dat zichzelf zou organiseren in een nieuw materiaal - een atomair periodiek rooster van buckminster fullereen-moleculen. Buckminster fullereen (kortweg buckyball) is een bolvormig molecuul dat bestaat uit 60 koolstofatomen in de vorm van een voetbal. Buckyballs hebben een scala aan ongewone eigenschappen, die wetenschappers al tientallen jaren enthousiast maken vanwege hun potentiële toepassingen. Buckyballs worden momenteel gebruikt in nanotechnologie vanwege hun hoge hittebestendigheid en elektrische supergeleiding, maar het molecuul is moeilijk op de gewenste manieren te organiseren, die het gebruik ervan bij de ontwikkeling van nieuwe materialen belemmert.

In hun nieuwe onderzoek Grigoryan en zijn collega's laten zien dat hun kunstmatige eiwit interageert met buckyball en het inderdaad in een rooster organiseert. Verder, ze bepaalden de driedimensionale structuur van dit rooster, die de allereerste atomistische weergave van een eiwit / buckyball-complex vertegenwoordigt.

"Leren om zelfassemblage te ontwikkelen, zou de precieze organisatie van moleculen door ontwerp mogelijk maken om materie te creëren met op maat gemaakte eigenschappen, " zegt Grigoryan. "In dit onderzoek, we demonstreren dat eiwitten de zelfassemblage van buckminsterfullereen in geordende superstructuren kunnen sturen. Verder, opwindend, we hebben waargenomen dat dit eiwit/buckyball-rooster elektriciteit geleidt, iets dat het eiwit-alleen rooster niet doet. Dus, we beginnen opkomende materiële gedragingen te zien die kunnen ontstaan ​​door het combineren van de fascinerende eigenschappen van buckyball en het vermogen van eiwitten om materie op atomaire schaal te organiseren. Bij elkaar genomen, onze bevindingen suggereren een nieuwe manier om fullereenmoleculen te organiseren in een rijke verscheidenheid aan roosters om nieuwe eigenschappen door ontwerp te genereren."