Eiwitvezels komen vrijwel overal in de natuur voor, onder meer in spinrag, hout, de ruimtes tussen weefselcellen, in pezen, of als natuurlijke afdichting voor kleine wondjes. Deze eiwit-nanovezels hebben uitstekende eigenschappen zoals hoge stabiliteit, biologische afbreekbaarheid, en antibacteriële effecten. Het kunstmatig maken van deze vezels is niet eenvoudig, veel minder het toewijzen van specifieke functies. Deze problemen worden besproken door materiaalwetenschappers van de Friedrich Schiller Universiteit Jena (Duitsland) in het laatste nummer van: ACS Nano .

"Eiwitvezels bestaan ​​uit verschillende natuurlijke eiwitmacromoleculen, " legt Prof. Dr. Klaus D. Jandt uit van het Otto Schott Institute of Materials Research aan de Jena University. "De natuur bouwt deze nanomaterialen door middel van zelfassemblageprocessen." Het is vrij moeilijk om natuurlijke vezels te repliceren onder laboratoriumomstandigheden. Prof. Jandt en zijn team hebben, in recente jaren, creëerde eiwit nanovezels van de natuurlijke eiwitten fibrinogeen en fibronectine en controleerde hun grootte en lineaire of vertakte structuur.

De onderzoekers van de groep van prof. Jandt wilden vervolgens specifieke eigenschappen van de eiwit-nanovezels vooraf definiëren voor later gebruik als componenten in biosensoren, drug levering deeltjes, optische sondes of botcementen. Om dit te doen, ze probeerden twee eiwitten te combineren in een zelf-assemblerende eiwit-nanovezel om nieuwe eigenschappen te creëren. Ze gebruikten met succes het eiwit albumine, die verantwoordelijk is voor de osmotische druk in het bloed, en hemoglobine, het eiwit van het rode bloedpigment vergemakkelijkt het zuurstoftransport in het bloed. De wetenschappers losten beide eiwitten op in ethanol en verhitten ze vervolgens tot 65 °C. In verschillende tussenstadia, dit resulteerde voor de allereerste keer in de schijnbaar autonome vorming van nieuwe hybride eiwit-nanovezels die beide eiwitten bevatten. Het gaat hierbij om een ​​zogenaamde "handdruk" tussen de twee eiwitten, wat betekent dat vergelijkbare delen van beide samen een vezel vormen.

"Bewijzen dat deze nieuwe hybride eiwit-nanovezels beide eiwitten bevatten, was niet eenvoudig, omdat de nieuwe vezels zo klein zijn dat er nauwelijks microscopiemethoden zijn die details erin kunnen zien, ’ zegt Klaus Jandt.

Prof. Dr. Volker Deckert en zijn team vonden optische signalen in de nieuwe hybride nanovezels die typisch zijn voor albumine en hemoglobine met behulp van tip-enhanced Raman spectroscopie (TERS). "De extreme gevoeligheid van de methode stelde ons in staat om de verschillende eiwitten te identificeren, zelfs zonder speciale markers, en hebben ook hun eenduidige classificatie toegestaan ​​in nauwe samenwerking met de collega's van prof. Jandt, " zegt prof. Deckert van de Leibniz-IPHT in Jena.

De innovatieve vezels kunnen worden gebruikt voor de gerichte constructie van nieuwe, grotere constructies met gewenste eigenschappen die voorheen onbereikbaar waren. Netwerken van de nieuwe nanovezels kunnen in de toekomst worden gebruikt als nieuw materiaal voor het regenereren van bot en kraakbeen, bijvoorbeeld. Prof. Jandt zegt, "Dit heeft de deur geopend voor een volledig nieuwe generatie functionele materialen voor medische techniek, nano-elektronica, sensoriek, of optica, allemaal gebaseerd op natuurlijke stoffen en constructieprincipes. Deze biomimetische principes zullen een beslissend effect hebben op de materialen van de toekomst." De wetenschappers van Jena zijn ervan overtuigd dat deze nieuwe zelforganisatie-aanpak ook met succes kan worden overgedragen naar andere eiwitten, zolang ze identieke aminozuursequenties in delen hebben.