Ученые преодолели ключевое препятствие в нанотехнологиях

Исследовательская группа под руководством стипендиата Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (BBSRC) сделала значительный шаг в решении главной проблемы нанотехнологий: как увидеть структуру созданного наноматериала.

Новое исследование, опубликованное 13 августа в журнале ChemBioChem, демонстрирует разработанную методику для изучения крошечных белковых молекул — пептидов — на поверхности золотой наночастицы. Впервые ученые смогли детально визуализировать самоорганизующиеся пептиды на наночастице, что открывает путь к целенаправленному дизайну и созданию новых материалов в наномасштабе.

Команда из Ливерпульского университета, Школы фармации (Лондонский университет) и Университета Лидса заимствовала подход у природы, которая создает сложные наномашины (например, рибосомы или бактериальные моторы). Ученые инициировали самоорганизацию пептидов на поверхности металлической наночастицы. Однако ключевой сложностью оставался анализ структуры полученного материала.

Метод «молекулярной линейки»

Используя химический подход и компьютерное моделирование, доктор Рафаэль Леви смог измерить расстояние между пептидами, собранными на золотой наночастице. Метод основан на различии двух типов «сшивок» (кросс-линков):

• Внутримолекулярная — соединяет разные части одной молекулы.
• Межмолекулярная — соединяет две отдельные молекулы.

При сближении двух пептидов происходит переход от одного типа сшивки к другому. Компьютерное моделирование (молекулярная динамика) позволило измерить расстояние, на котором происходит этот переход, используя его как «молекулярную линейку».

Результаты и перспективы

Полученные данные показали, что взаимодействие между пептидами приводит к образованию относительно организованной, но не однородной структуры наночастицы. Это первое в мире измерение расстояний между пептидами на наночастице и первое компьютерное моделирование монослоя самоорганизованных пептидов.

«Если мы поймем, как пептиды самоорганизуются на поверхности наночастицы, мы откроем путь к дизайну и синтезу частиц со сложной поверхностью», — заявил доктор Рафаэль Леви.

Такие частицы могут найти применение в биомедицине для целевой доставки лекарств или создания высокочувствительных диагностических тестов, а в долгосрочной перспективе — в новых поколениях электронных компонентов.

Профессор Найджел Браун, директор по науке и технологиям BBSRC, отметил: «Фундаментальная наука и методы работы в наномасштабе дают понимание, которое позволит в будущем реализовать приложения бионанетехнологий».