Teadlased Ameerika Ühendriikide Energiaministeeriumi Lawrence Berkeley Riiklikust Laboratoorimist asetasid ühele teljele polümeere, mis seejärel iseeneslikult end nanoskaalas köieks põimisid. Struktuuri kompleksus sarnaneb olemuselt bioloogiliste süsteemide keerukusele.
See uurimus on uusim areng loodust matkivate keerukate kuid ka raskeid tingimusi, näiteks kuuma ja kuivust taluvate struktuuridega iseorganiseeruvate nanoskaalas materjalide seas, kirjutab Physorg.com.
Kuigi uurimus on alles varajases arengujärgus, võib see viia uute rakendusteni, mis kombineerivad mõlema maailma parimaid omadusi. Ehk saab neid kasutada nanoskaalas juhtmete ja teiste struktuuride konstrueerimisel justkui tugitaladena. Või siis saaks neid kasutada ravimite kohaleviimise transpordivahendina, mis sihiks haigusi molekulaarskaalas. Või siis võiks arendada välja molekulaarsensoreid ning sõelasarnaseid seadmeid, mis molekule üksteisest eraldaksid.
Antud uurimuses tekitasid teadlased sünteetiliste polümeeride polüpeptoidide jaoks tingimused, kus nad end ise keerulisemateks struktuurideks organiseerusid: esmalt lehekesteks, seejärel lehekeste mitmikkihtideks, mis end omakorda kaksikspiraaliks kokku rullisid, sarnanedes nii nöörile, mille diameeter on kõigest 600 nanomeetrit.
,,Selline hierarhiline iseorganiseerumine sarnaneb bioloogiliste materjalide, näiteks kollageeni, iseloomulike tunnustega, kuid seesuguste sünteetiliste struktuuride väljatöötamine on siiani suureks väljakutseks osutunud,” sõnas Ron Zuckermann, üks uurimuse läbi viinud teadlasi.
Teadlased saavad erinevalt tavalistest polümeeridest lisaks ka köiesarnaste struktuuride tekkimist aatom-aatomi haaval kontrolli all hoida. Samuti osatakse tekitada kindla pikkuse ja järjekorraga spiraale. Seesugune kohandatavus abil saaks tulevikus valmistada sünteetilisi struktuure, mis matkiksid biloogiliste materjalide võimet saavutada ülimat täpsust, näiteks kindlatele molekulidele koha loomiseks.
,,Loodus kasutab suure funktsionaalsusega struktuuride loomiseks kindlaid pikkuseid ning järjestusi. Antikeha tunneb ära kindla proteiini, seda me matkida üritamegi,” lisas Zuckermann.
Teadlased tegid oma katseid bioinspireeritud polümeeride ehk peptoididega. Peptoidid on struktuurid, mis matkivad peptiide, mida loodus kasutab proteiinide valmistamisel. Proteiide tegemise asemel soovivad teadlased aga kasutada peptoide, et valmistada sünteetilisi struktuure, mis käituksid sarnaselt proteiinidele.
Töörühm alustas blokk kopolümeeriga, mis on kahest või rohkemast monomeerist koosnev polümeer.
,,Lihtsaimad blokk kopolümeerid iseorganiseeruvad nanoskaalas struktuurideks, kuid me tahtsime näha, kuidas saaks bioinspireeritud üksuste kindlat järjestust ja funktsionaalsust kasutada ära keerulisemate struktuuride valmistamiseks,” selgitas Rachel Segalman, üks Berkeley Laboratooriumi teadlasi.
Pidades seda silmas, tuli peptoidi tükid robootiliselt sünteesida, töödelda ning seejärel iseorganiseeruvusele kaasa aitavasse lahusesse lisada.
Tulemuseks saadi mitmeid isetekkinud kujusid ja struktuure, milledest intrigeerivaimaks olid isepõimunud spiraalid. Spiraali hierarhiline struktuur ning fakt, et seda sai aatom-aatomi haaval manipuleerida, tähendab, et seda saaks kasutada šabloonina nanoskaalas komplekssete struktuuride mineraliseerimiseks.
,,Idee seisneb komplekssete nanoskaalas struktuuride valmistamises võimalikult vähese sekkumisega,” ütles Hannah Murnen. Teadlaste järgmiseks eesmärgiks on kasutada ära fakti, et neil on struktuuri järjestuse üle minimaalne kontroll ning uurida kui väikesed keemilised muutused spiraalstruktuuri mõjutavad.
,,Need põimunud spiraalid on ühed esimesed õnnestunud katsed atomaartasemel täpsete blokk kopolümeeride valmistamisel,” sõnas Zuckermann. ,,Eesmärk on võtta midagi, mida me üldiselt plastseks peame, ning võimaldada sel moodustada struktuure mis on keerulisemad ning palju funktsionaalsemad, näiteks suudaksid need ära tunda kindlaid molekule, looduses teevad seda proteiinid.”
Teadusartikkel “Hierarchical Self-Assembly of a Biomimetic Diblock Copolypeptoid into Homochiral Superhelices”
Leave a Reply