Эти полые нанотрубки в тысячи раз меньше, чем прядь человеческого волоса, и могут помочь в фильтрации воды, тканевой инженерии и многих других областях.По словам Чун-Лонга Чена из PNNL, эти пробирки были созданы на основе белковых структур, называемых микротрубочками, которые находятся в клетках.«Структура ячейки такая красивая», — сказал Чен, химик-материаловед, который задумал и руководил проектом. «Мы хотели создать синтетическую систему, которая имитирует структуру микротрубочек и достаточно стабильна для множества технических приложений».Чен, его коллеги из PNNL и их сотрудники опубликовали свои выводы на этой неделе в Nature Communications.
Имитация микротрубочекМикротрубочки — это крошечные полые трубочки, которые помогают организовать ДНК во время деления клетки и образуют магистрали для перемещения содержимого по клетке.
Эти клеточные дороги состоят из длинных цепочек белков, которые объединяются в жесткую, но полую трубку. Микротрубочки имеют однородную, но динамическую структуру, и они вдохновляют таких ученых, как Чен.Группа Чена надеется использовать крошечные полые трубки, такие как микротрубочки, для создания надежной системы фильтрации воды, которая улавливает соль или другие молекулы внутри и позволяет чистой воде выходить с другого конца.
Кроме того, они хотят следить за тем, как стволовые клетки адаптируются к разным условиям окружающей среды, изучая, как клетки меняются в процессе роста в этих трубках.Но сами исследователи не могут использовать микротрубочки для этих проектов. Микротрубочки могут быть жесткими и отзывчивыми, но они также подвержены изменениям температуры и микробам.Например, «если мы хотим использовать микротрубочки для фильтрации воды, вам не нужен фильтр, который может быть съеден бактериями», — сказал Чен.
Таким образом, команда приступила к созданию синтетической версии микротрубочек с использованием белковоподобных молекул, называемых пептоидами. Как и белки, пептоиды состоят из повторяющегося набора строительных блоков с небольшими вариациями, но пептоиды более стабильны.
Эти новые нанотрубки образуются уникальным образом. Сначала маленькие частицы пептоида объединяются, образуя лист. Затем лист смыкается одним концом и сворачивается в цельнотянутую трубку.
Набор инструментов NanoЧтобы охарактеризовать нанотрубки, ученые использовали различные методы, в том числе некоторые из них в Advanced Light Source и Molecular Foundry, двух офисах Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.Чен и его команда обнаружили, что эти нанотрубки легко адаптируются. Группа могла контролировать размер, диаметр, толщину и жесткость трубки, регулируя состав трубки или изменяя кислотность раствора.
Чтобы проверить жесткость нанотрубок, команда Чена оказала давление на отдельные нанотрубки и измерила, как они меняют форму. Трубки имеют жесткость, которая находится между биологической тканью и более твердыми веществами, такими как стекло и слюда, что, по словам Чена, отлично подходит для тех экспериментов, которые он надеется проводить.
Но Чен не хочет останавливаться на достигнутом. Для него цель — создать что-то, что имитирует природу по структуре и функциям.
«Природа дала нам множество прекрасных примеров», — сказал он. «Рыба может поглощать воду из моря, не беспокоясь о высоких солевых условиях. Если бы мы могли имитировать это поведение, создавая искусственные клеточные мембраны, содержащие эти нанотрубки, мы могли бы решить некоторые из больших проблем, стоящих перед нашим миром сегодня».
Эта работа была поддержана Управлением науки Министерства энергетики США, PNNL и Национальным научным фондом Китая.