Onderzoekers hebben een proces ontwikkeld om ultradunne, zelf-assemblerende vellen van synthetische materialen die kunnen functioneren als designvliegpapier door selectief te binden met virussen, bacteriën, en andere ziekteverwekkers.

Zo wordt het nieuwe platform ontwikkeld door een team onder leiding van wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse Department of Energy, kan mogelijk worden gebruikt om ziekteverwekkers te inactiveren of op te sporen.

Het team, waaronder ook onderzoekers van de New York University, creëerde de gesynthetiseerde nanosheets in Berkeley Lab's Molecular Foundry, een wetenschapscentrum op nanoschaal, uit zelfmontage, bio-geïnspireerde polymeren bekend als peptoïden. De studie werd eerder deze maand gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

De vellen zijn ontworpen om eenvoudige suikers in een patroon langs hun oppervlakken te presenteren, en deze suikers, beurtelings, aangetoond dat ze selectief binden met verschillende eiwitten, waaronder een geassocieerd met het Shiga-toxine, wat dysenterie veroorzaakt. Omdat de buitenkant van onze cellen plat is en bedekt met suikers, deze 2D nanosheets kunnen celoppervlakken effectief nabootsen.

"Het is niet alleen een 'slot en sleutel' - het is net klittenband, met een aantal kleine lusjes die samenkomen op het doeleiwit, " zei Ronald Zuckermann, een wetenschapper bij de Molecular Foundry die de studie leidde. "Nu kunnen we een functie op nanoschaal nabootsen die alomtegenwoordig is in de biologie."

Hij merkte op dat talrijke ziekteverwekkers, van het griepvirus tot de cholerabacterie, binden aan suikers op celoppervlakken. Dus de juiste suikers kiezen om te binden aan de peptoïde nanosheets, in de juiste verdelingen, kunnen bepalen welke ziekteverwekkers er naar toe worden getrokken.

"De chemie die we doen is erg modulair, Zuckermann toegevoegd. "We kunnen 'klikken' op verschillende suikers, en presenteer ze op een goed gedefinieerde, vlak oppervlak. We kunnen bepalen hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. We kunnen dit doen met vrijwel elke suiker."

Het peptoïde platform is ook robuuster en stabieler in vergelijking met natuurlijke biomoleculen, hij zei, zodat het mogelijk in het veld kan worden ingezet voor tests van bioagentia door militair personeel en hulpdiensten, bijvoorbeeld.

En peptoïden - een analoog van peptiden in de biologie die ketens van aminozuren zijn - zijn goedkope en gemakkelijk te maken polymeren.

"De chemische informatie die de moleculen instrueert om spontaan in de met suiker beklede platen te assembleren, is tijdens de synthese in elk molecuul geprogrammeerd, Zuckermann zei. "Dit werk toont ons vermogen aan om gemakkelijk geavanceerde biomimetische nanostructuren te ontwikkelen door directe controle van de polymeersequentie."

De met suiker gecoate nanosheets zijn gemaakt in een vloeibare oplossing. Zuckermann zei dat als de nanosheets worden gebruikt om iemand te beschermen tegen blootstelling aan een ziekteverwekker, hij zou zich het gebruik van een neusspray kunnen voorstellen die de ziekteverwekker-bindende nanosheets bevat.

De nanosheets kunnen mogelijk ook worden gebruikt bij het opruimen van het milieu om specifieke toxines en pathogenen te neutraliseren, en de bladen kunnen mogelijk worden geschaald om virussen zoals Ebola en bacteriën zoals E. coli aan te pakken, en andere ziekteverwekkers.

In de laatste studie, de onderzoekers bevestigden dat de bindingen met de beoogde eiwitten succesvol waren door een fluorescerende kleurstof in de vellen in te bedden en een andere fluorescerende kleurstof op de doeleiwitten te bevestigen. Een kleurverandering gaf aan dat er een eiwit aan de nanosheet was gebonden.

De intensiteit van deze kleurverandering kan onderzoekers ook helpen om ze te verbeteren, en om nieuwe nanosheets te ontdekken die zich kunnen richten op specifieke pathogenen.