(PhysOrg.com) -- Gli scienziati del Berkeley Lab hanno creato "carta molecolare, " il più grande cristallo polimerico bidimensionale autoassemblato in acqua fino ad oggi. Questo materiale in fogli completamente nuovo è fatto di peptoidi, polimeri ingegnerizzati che possono flettersi e piegarsi come le proteine ​​pur mantenendo la robustezza dei materiali sintetici.

Bidimensionale, Le nanostrutture "a foglio" sono comunemente impiegate in sistemi biologici come membrane cellulari, e le loro proprietà uniche hanno ispirato l'interesse per materiali come il grafene. Ora, Gli scienziati del Berkeley Lab hanno realizzato il più grande cristallo polimerico bidimensionale autoassemblato in acqua fino ad oggi. Questo materiale completamente nuovo rispecchia la complessità strutturale dei sistemi biologici con l'architettura durevole necessaria per le membrane o l'integrazione in dispositivi funzionali.

Questi fogli autoassemblanti sono fatti di peptoidi, polimeri ingegnerizzati che possono flettersi e piegarsi come le proteine ​​mantenendo la robustezza dei materiali artificiali. Ogni foglio è spesso solo due molecole, ma ha un'area di centinaia di micrometri quadrati, simile a una "carta molecolare" abbastanza grande da essere visibile a occhio nudo. Cosa c'è di più, a differenza di un tipico polimero, ogni elemento costitutivo in un nanofoglio peptoide è codificato con "ordini di marcia" strutturali, il che suggerisce che le sue proprietà possono essere adattate con precisione a un'applicazione. Per esempio, questi nanofogli potrebbero essere usati per controllare il flusso di molecole, o servire come piattaforma per il rilevamento chimico e biologico.

Queste immagini al microscopio a fluorescenza mostrano nanofogli peptoidi fluttuanti nel liquido. Ogni foglio peptoide ha uno spessore di appena due molecole ma un'area fino a centinaia di micrometri quadrati:una "carta molecolare" abbastanza grande da essere visibile a occhio nudo.

“I nostri risultati colmano il divario tra i biopolimeri naturali e le loro controparti sintetiche, che è un problema fondamentale nella nanoscienza, ” ha detto Ronald Zuckermann, Direttore della Struttura di Nanostrutture Biologiche presso la Fonderia Molecolare. “Ora possiamo tradurre le informazioni sulla sequenza fondamentale dalle proteine ​​a un polimero non naturale, che si traduce in un robusto nanomateriale sintetico con una struttura atomicamente definita”.

Gli elementi costitutivi dei polimeri peptoidi sono economici, prontamente disponibili e generano un'elevata resa di prodotto, fornendo un enorme vantaggio rispetto ad altre tecniche di sintesi. Zuckermann, determinante nello sviluppo delle capacità di sintesi robotica uniche della fonderia, ha lavorato con il suo team di coautori per formare librerie di materiali peptoidi. Dopo aver selezionato molti candidati, il team è atterrato sulla combinazione unica di elementi costitutivi polimerici che hanno formato spontaneamente nanofogli peptoidi in acqua.

Zuckermann e il coautore Christian Kisielowski hanno raggiunto un altro primato utilizzando il microscopio TEAM 0,5 presso il National Center for Electron Microscopy (NCEM) per osservare le singole catene polimeriche all'interno del materiale peptoide, confermando l'ordine preciso di queste catene in fogli e la loro stabilità senza precedenti mentre vengono bombardati da elettroni durante l'imaging.

“Il design ispirato alla natura, polimeri funzionali che possono essere assemblati in membrane di grandi dimensioni laterali segnano un nuovo capitolo per la sintesi dei materiali con un impatto diretto sulle iniziative strategicamente rilevanti di Berkeley Lab come il progetto Helios o Carbon Cycle 2.0, ” ha detto Kisielowski di NCEM. “Le possibilità scientifiche che derivano da questo risultato sfidano la nostra immaginazione, e aiuterà anche a spostare la microscopia elettronica verso l'imaging diretto di materiali morbidi”.

“Questo nuovo materiale è un notevole esempio di biomimetica molecolare a molti livelli, e senza dubbio porterà a molte applicazioni nella fabbricazione di dispositivi, sintesi e imaging su nanoscala, Ha aggiunto Zuckermann.

Questa ricerca è riportata in un articolo intitolato, “Cristalli bidimensionali ultrasottili fluttuanti liberi da polimeri peptoidi specifici della sequenza, ” che appare sul giornale Materiali della natura .