Peng Zhang e i suoi collaboratori studiano notevoli, minuscoli grappoli autoassemblanti di oro e proteine ​​che brillano di un rosso intenso. E sono utili:i nanocluster di proteine ​​e oro potrebbero essere utilizzati per rilevare i metalli nocivi nell'acqua o per identificare le cellule tumorali nel corpo.

"Queste strutture sono molto eccitanti ma sono molto, molto difficile da studiare. Abbiamo provato molti strumenti diversi, ma nessuno ha funzionato, "dice Zhang, un professore della Dalhousie University.

Ma la spettroscopia di assorbimento dei raggi X di sincrotrone, o XAS, fatto presso la Canadian Light Source e la sua struttura partner CLS@APS, ha fornito le informazioni necessarie per identificare la struttura sorprendentemente elegante dei nanocluster di proteine ​​d'oro incandescente.

"Il sincrotrone XAS è lo strumento perfetto, perché è molto flessibile, e può darti informazioni strutturali su elementi specifici, " lui dice.

La struttura di questi cluster era stata una questione di vecchia data nel campo, in parte a causa dei loro potenziali usi.

Nel laboratorio, i ricercatori hanno dimostrato che l'introduzione di altri metalli nella soluzione proteica dell'oro può estinguere il bagliore audace del nanogold, una proprietà che potrebbe essere utilizzata per rilevare l'inquinamento da metalli nei fiumi e in altri corpi idrici. Dove esistevano metalli in un campione d'acqua, il nanogold smetterebbe di brillare.

Ancora più interessanti sono le potenziali applicazioni sanitarie per questi cluster.

Nanogold e proteine ​​sono una scelta naturale per la tecnologia sanitaria, poiché le proteine ​​sono una parte naturale del corpo umano, e l'oro è completamente atossico (per questo può essere usato per decorare i cioccolatini e si trova in alcuni tipi di grappa)

Accoppiato con le giuste proteine ​​"rivelatore" o "linker", nanogold incandescente potrebbe essere utilizzato per visualizzare con precisione, ad esempio, tumori cancerosi. La giusta proteina linker legherebbe semplicemente i nanogold alle cellule malate, che potrebbe poi essere localizzato con un microscopio a fluorescenza.

Tutto questo è possibile grazie alla capacità del nanogold di brillare.

L'oro come lo conosciamo di solito, all'ingrosso, non brilla, o luminescente, sotto luce UV. Aggiungi proteine ​​come base per i nanocluster d'oro, e risplenderanno di un rosso brillante sotto la luce UV. Infatti, il nanogold è un milione di volte più luminescente dell'oro sfuso.

Questa luminescenza dell'oro è resa possibile dalla sua struttura specifica in nanocluster proteici d'oro:quella che Zhang descrive come una "struttura bella e sorprendente" di dieci atomi d'oro, formando due anelli intrecciati.

La proteina agisce come una sorta di impalcatura, conferendo all'oro una struttura forte ne rafforza il bagliore.

Questi cluster possono autoassemblarsi nelle giuste condizioni, offrendo un basso costo, metodo di produzione a basso consumo energetico.

Un tipico nanocluster è realizzato con una serie precisa di sostanze chimiche sottoposte a passaggi specifici, e potrebbe causare inquinamento. La produzione per questi cluster, al contrario, non potrebbe essere più semplice.

Il team di Zhang ha riscaldato una miscela di un composto commerciale d'oro e proteine ​​in acqua fino alla temperatura corporea, 37C. E dopo 10-20 ore, si sono formati i cluster di nanooro luminescenti. Non sono necessari altri passaggi per creare i cluster luminescenti.

Il processo è noto come sintesi chimica verde, ed elimina l'inquinamento che altrimenti potrebbe essere associato a questi cluster.

"Abbiamo usato il sincrotrone per seguire come si formano queste bellissime strutture all'interno della proteina, " dice Zhang. La proteina funziona essenzialmente come un mini reattore, con i suoi amminoacidi cisteina che si legano alle molecole d'oro e le danno forma. Questi esperimenti sono stati condotti da Daniel Chevrier, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di Zhang.

Il team ha anche creato cluster in modo più convenzionale, per verificarne la tecnica.

"Se non usi le proteine, sì, ottieni una struttura molto simile, ma non vedi la forte fluorescenza. Che cosa è successo?" chiede Zhang.

Per rispondere a questa domanda, il suo team ha confrontato ammassi d'oro prodotti in modo convenzionale e autoassemblati, sia con che senza proteine.

Usando il sincrotrone, hanno dimostrato che la proteina non solo consente l'autoassemblaggio, ma mantiene i grappoli in posizione.

"Essenzialmente la proteina congela il cluster d'oro in modo che non possa muoversi liberamente, e poi puoi vedere la forte fluorescenza, " dice Zhang. Un ammasso che si muove liberamente, al contrario, colpi di scena e si muove, che indebolisce la fluorescenza.

"Siamo così entusiasti di queste nuove scoperte. Sia l'oro che le proteine ​​sono materiali molto interessanti e quando combini questi due ottieni qualcosa di ancora più interessante, e potenzialmente utile, "dice Zhang.