Главная / Протеин, способный контролировать создание новых материалов на атомном масштабе
27.04.2016 |
|
 Ученые Дартмутского колледжа, одного из старейших частных исследовательских университетов США, создали искусственный протеин, который способен организовывать новые материалы в наномасштабе.
«В ходе эксперимента было продемонстрировано, что протеины могут быть использованы в качестве эффективных переносчиков для организации наноматериалов», говорит старший автор исследования Геворг Григорян, профессор компьютерной науки Дартмутского колледжа. «Если мы в совершенстве овладеем такой технологией – программируемой самостоятельной сборки точно организованных молекулярных блоков – мы сможем создать целый ряд новых материалов, которые можно будет использовать повсеместно, от медицины до энергетики».
Статья об исследовании напечатана в журнале Nature Communications.
В соответствии с Национальной нанотехнологической инициативой США, ученые и инженеры работают над тем, чтобы найти новые способы создавать наноматериалы – на атомном и молекулярном уровне. Такие материалы будут обладать уникальными свойствами – крепостью, легким весом, их можно будет легко контролировать, их оптические свойства будут отличаться от свойств традиционных материалов, а, кроме того, новые материалы будут лучшими химическими реактивами.
Протеины являются «умными молекулами», они закодированы нашими генами, которые организуют и управляют всеми молекулярными процессами, происходящими в наших клетках. Цель нового исследования ученых Дартмутского колледжа заключалась в том, чтобы создать искусственный протеин, способный самостоятельно организовываться и создавать новые материалы – атомную кристаллическую решетку молекул бакминстер-фуллерена.
Бакминстер-фуллерен, или, бакибол, представляет собой сферическую молекулу, состоящую из шестидесяти атомов углерода. По форме молекулы напоминают выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трехкоординированных атомов углерода. Молекулярное соединение названо в честь американского дизайнера, изобретателя, инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Соединение обладает рядом необычных свойств. В течение десятилетий ученые интересовались веществом, потому что, потенциально, его можно использовать в огромном количестве сфер науки и индустрии. В данный момент бакибол используется в нанотехнологиях, потому что соединение обладает большой сопротивляемостью к высоким температурам, а, кроме того, сверхпроводимостью. Однако, такие молекулы очень сложно организовать так, как это необходимо исследователям. Использовать бакибол для создания новых материалов невероятно сложно.
В своем новом исследовании Геворг Григорян со своими коллегами показали, что новый искусственный протеин способен взаимодействовать с бакиболом и создавать его кристаллическую решетку. Далее, исследователи определили трехразмерную структуру этой кристаллической решетки, благодаря чему стало возможным на атомном уровне взглянуть на комплекс, который представляет собой соединение бакибола и нового протеина.
«После того, как мы научимся создавать самособирающиеся молекулы, мы сможем организовывать их в соответствии с точными схемами и создавать материалы с заранее заданными свойствами», говорит Геворг Григорян. «В данном исследовании мы продемонстрировали, что протеин обладает способностью направлять эту самостоятельную сборку на примере молекул бакминстер-фуллерена. Мы смогли заставить атомы самостоятельно организовываться в суперструктуры. Кроме того, далее мы обнаружили, что кристаллическая решетка, состоящая из бакминстер-фуллерена и нового протеина, способна проводить электричество. Кристаллическая решетка, состоящая из одного только протеина, на это не способна. Таким образом, мы заметили, что материал ведет себя по-новому и демонстрирует удивительные свойства бакминстер-фуллерена и, при этом, способен самостоятельно собираться при помощи протеина. Так на атомном масштабе можно создавать новые материалы с различными свойствами».
|
|
