Scienziati, tra cui la chimica dell'Università dell'Oregon Geraldine Richmond, hanno spillato olio e acqua per creare impalcature di automontanti, proteine ​​sintetiche chiamate nanofogli peptoidi che imitano meccanismi e processi biologici complessi.

Il risultato—dettagliato questa settimana in un articolo pubblicato online prima della stampa dal Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze —si prevede che alimenterà una progettazione alternativa dei nanofogli peptoidi bidimensionali che possono essere utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. Tra questi potrebbero essere migliorati sensori chimici e separatori, e più sicuro, veicoli più efficaci per la somministrazione di farmaci.

Il coautore dello studio Ronald Zuckermann della Molecular Foundry presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) ha sviluppato per la prima volta questi nanofogli ultrasottili nel 2010 utilizzando una combinazione di aria e acqua.

"Spesso pensiamo al petrolio sull'acqua come a qualcosa di dannoso per l'ambiente quando, infatti, il mio gruppo negli ultimi 20 anni ha studiato le proprietà uniche della giunzione tra acqua e olio come luogo interessante in cui le molecole si assemblano in modi unici, inclusi saponi e disperdenti di olio, "disse Richmond, che detiene una sedia presidenziale UO. "Questo studio mostra che è anche una piattaforma unica per realizzare nanofogli".

Gli autori principali del progetto sono stati Ellen J. Robertson, uno studente di dottorato nel laboratorio di Richmond al momento della ricerca, e Gloria K. Oliver, un ricercatore post-dottorato presso LBNL. Robertson è ora un ricercatore post-dottorato presso LBNL.

Il lavoro nel laboratorio di Richmond ha aiutato a identificare il meccanismo alla base della formazione dei nanofogli in corrispondenza di un'interfaccia olio-acqua.

"L'assemblaggio supramolecolare a un'interfaccia olio-acqua è un modo efficace per produrre nanomateriali 2D da peptoidi perché quell'interfaccia aiuta a pre-organizzare le catene peptoidi per facilitare la loro autointerazione, " ha detto Zuckermann, uno scienziato senior presso la Molecular Foundry di LBNL in un comunicato stampa. "Questa maggiore comprensione del meccanismo di assemblaggio peptoide dovrebbe consentirci di aumentare la produzione per produrre grandi quantità, o ridimensionato, utilizzando la microfluidica, per schermare molti diversi nanosheet per nuove funzioni."

Zuckermann e Richmond sono gli autori corrispondenti sull'articolo. Altri coautori sono Menglu Qian e Caroline Proulx, entrambi di LBNL.

Come le proteine ​​naturali, le proteine ​​sintetiche si ripiegano e si conformano in strutture che consentono loro di svolgere funzioni specifiche. Nei suoi primi lavori, Il team di Zuckermann presso la Molecular Foundry di LBNL ha scoperto una tecnica per sintetizzare i peptoidi in fogli dello spessore di pochi nanometri ma lunghi fino a 100 micrometri. Questi erano tra i cristalli organici fluttuanti più grandi e sottili mai realizzati, con un equivalente area-spessore di un foglio di plastica che copre un campo da calcio.

"Le proprietà del nanofoglio peptoide possono essere adattate con grande precisione, " dice Zuckermann, "e poiché i peptoidi sono meno vulnerabili alla degradazione chimica o metabolica rispetto alle proteine, sono una piattaforma molto promettente per i nanomateriali di ispirazione biologica autoassemblanti".

Per creare la nuova versione dei nanosheet, il team di ricerca ha utilizzato la spettroscopia di frequenza della somma vibrazionale per sondare le interazioni molecolari tra i peptoidi mentre si assemblano all'interfaccia olio-acqua. Il lavoro ha mostrato che i polimeri peptoidi adsorbiti all'interfaccia sono altamente ordinati in un modo che è influenzato dalle interazioni tra molecole vicine.

La sostituzione dell'olio all'aria crea una serie di nuove opportunità per l'ingegneria e la produzione di nanofogli peptoidi, hanno detto i ricercatori. La fase oleosa, Per esempio, potrebbe contenere reagenti chimici, servono a minimizzare l'evaporazione della fase acquosa oa consentire la produzione di microfluidica.