materiaal wetenschappers, geleid door een team van het Pacific Northwest National Laboratory van het Department of Energy, ontwierp een klein buisje dat oprolt en dicht ritst.

Deze holle nanobuisjes zijn duizenden keren kleiner dan een lok mensenhaar en kunnen helpen bij de waterfiltratie, tissue engineering en vele andere toepassingen.

De buizen zijn geïnspireerd op eiwitstructuren die microtubuli worden genoemd en die zich in cellen bevinden, volgens PNNL's Chun-Long Chen.

"De structuur van de cel is zo mooi, " zei Chen, een materiaalchemicus die het project bedacht en leidde. "We wilden een synthetisch systeem creëren dat de structuur van de microtubuli nabootst en stabiel genoeg is voor een verscheidenheid aan technische toepassingen."

Chen, zijn PNNL-collega's en hun medewerkers publiceerden deze week hun bevindingen in Natuurcommunicatie .

Microtubuli nabootsen

Microtubuli zijn kleine holle buisjes die helpen het DNA georganiseerd te houden tijdens de celdeling en snelwegen vormen om de inhoud in de cel te vervoeren.

Deze cellulaire wegen zijn samengesteld uit lange ketens van eiwitten die samenkomen in een rigide, maar hol, buis. Microtubuli hebben een uniforme maar dynamische structuur, en ze inspireren wetenschappers zoals Chen.

De groep van Chen hoopt kleine holle buisjes zoals microtubuli te gebruiken om een ​​robuust waterfiltratiesysteem te creëren dat zout of andere moleculen binnenin opvangt en zuiver water aan de andere kant laat ontsnappen. In aanvulling, ze willen volgen hoe stamcellen zich aanpassen aan verschillende omgevingen door te bestuderen hoe de cellen veranderen terwijl ze op deze buizen groeien.

Maar de onderzoekers kunnen voor deze projecten zelf geen microtubuli gebruiken. Microtubuli kunnen rigide en responsief zijn, maar ze zijn ook gevoelig voor temperatuurveranderingen en microben.

Bijvoorbeeld, "Als we microtubuli willen gebruiken voor waterfiltratie, je wilt geen filter dat door bacteriën kan worden opgegeten, " zei Chen.

Dus begon het team met het maken van een synthetische versie van microtubuli met behulp van eiwitachtige moleculen die peptoïden worden genoemd. Zoals eiwitten, peptoïden zijn samengesteld uit een herhalend patroon van bouwstenen met kleine variaties, maar peptoïden zijn stabieler.

Deze nieuwe nanobuisjes vormen zich op een unieke manier. Eerst, kleine peptoïde deeltjes komen samen om een ​​vel te vormen. Vervolgens sluit het vel aan één kant en rolt het op tot een naadloze buis.

Nano-toolkit

Om de nanobuisjes te karakteriseren, de wetenschappers gebruikten verschillende technieken, waaronder enkele bij de Advanced Light Source en de Molecular Foundry, twee DOE Office of Science gebruikersfaciliteiten in het Lawrence Berkeley National Laboratory.

Chen en zijn team ontdekten dat deze nanobuisjes in hoge mate op maat gemaakt kunnen worden. De groep kon de grootte van een buis bepalen, diameter, dikte en stijfheid door de buissamenstelling aan te passen of de zuurgraad van de oplossing te veranderen.

Om de stijfheid van de nanobuisjes te testen, Het team van Chen zette individuele nanobuisjes onder druk en mat hoe ze van vorm veranderden. De buizen hebben een stijfheid die valt tussen biologisch weefsel en hardere stoffen zoals glas en mica, die, zei Chen, is geweldig voor het soort experimenten dat hij hoopt te doen.

Maar Chen wil daar niet stoppen. Voor hem, het doel is om iets te creëren dat qua structuur en functie de natuur nabootst.

"De natuur heeft ons allerlei mooie voorbeelden gegeven, " zei hij. "Vissen kunnen water uit de zee opnemen zonder zich zorgen te hoeven maken over hoge zoutgehaltes. Als we dit gedrag zouden kunnen nabootsen door kunstmatige celmembranen te bouwen die deze nanobuisjes bevatten, we zouden enkele van de grote problemen waarmee onze wereld vandaag de dag wordt geconfronteerd, kunnen oplossen."