Gli scienziati utilizzano strumenti chiamati gradienti per capire come le molecole interagiscono nei sistemi biologici. I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato una nuova tecnica per creare gradienti biomolecolari che è sia più semplice delle tecniche esistenti sia che crea caratteristiche superficiali aggiuntive che consentono agli scienziati di monitorare altri aspetti del comportamento molecolare.

Un gradiente è un materiale che ha una specifica molecola sulla sua superficie, con la concentrazione della molecola in pendenza da un'alta concentrazione su un'estremità ad una bassa concentrazione all'altra estremità. Il gradiente viene utilizzato non solo per determinare se altre molecole interagiscono con le molecole sul gradiente, ma per determinare il livello di soglia al quale avvengono le interazioni.

La nuova tecnica inizia creando un substrato, preparato nel laboratorio del professore di stato NC Dr. Salah Bedair, dal materiale semiconduttore nitruro di indio gallio (InGaN). Il substrato stesso è un gradiente, inclinato da un'estremità ricca di indio (con una proporzione maggiore di indio in gallio) a un'estremità ricca di gallio. L'estremità ricca di indio è più favorevole alla formazione di ossidi. Quando esposto all'umidità, ossidi di indio e gallio carichi negativamente si formano sulla superficie del substrato. Lo sviluppo del substrato per questi scopi è stato proposto dalla dott.ssa Tania Paskova, un professore di ingegneria elettrica e informatica presso la NC State.

I ricercatori hanno quindi messo il substrato in una soluzione che contiene un amminoacido chiamato L-arginina, che è caricato positivamente a livelli di pH biologicamente rilevanti, come quelli che si trovano nel corpo umano.

"La L-arginina si lega agli ossidi caricati negativamente sulla superficie del substrato, "dice Lauren Bain, un dottorato di ricerca studente presso NC State che è l'autore principale di un documento sul lavoro. "Poiché c'è più accumulo di ossido all'estremità ricca di indio, c'è una maggiore concentrazione di L-arginina a quell'estremità, e la concentrazione diminuisce gradualmente lungo la superficie del substrato man mano che ci si sposta verso l'estremità ricca di gallio.

"Abbiamo studiato la L-arginina perché è piccola, ma rilevante. Perché è piccolo, potremmo facilmente valutare cosa stava succedendo durante il nostro studio, " Bain dice. "Ma poiché è un elemento costitutivo per le proteine, possiamo basarci su questo lavoro per studiare peptidi e proteine ​​complete, come i ligandi che si legano ai recettori cellulari".

"Questa tecnica crea anche cambiamenti nella topografia della superficie di InGaN, basato sulle diverse strutture cristalline all'interno del materiale mentre si sposta dall'essere ricco di indio ad essere ricco di gallio, " dice la dottoressa Albena Ivanisevic, autore senior del documento. "Questo ci permette di valutare le differenze topografiche nell'adesione molecolare, che è importante, data la varietà di topografie presenti nei sistemi biologici." Ivanisevic è professore associato di scienza dei materiali e ingegneria presso la NC State e professore associato del programma congiunto di ingegneria biomedica presso la NC State e l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.