(PhysOrg.com) -- Rör om denna klara vätska i en glasflaska och ingenting händer. Skaka denna vätska, och fritt flytande ark av proteinliknande strukturer dyker upp, redo att upptäcka molekyler eller katalysera en reaktion. Det här är inte den senaste gadgeten från James Bonds arsenal – snarare, den senaste forskningen från DOE:s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) forskare som avslöjar hur smala ark av proteinliknande strukturer självmonterar. Denna "skakade, inte omrörd"-mekanism ger ett sätt att skala upp produktionen av dessa tvådimensionella nanoark för ett brett spektrum av applikationer, såsom plattformar för avkänning, filtrering och schablontillväxt av andra nanostrukturer.

"Våra resultat berättar för oss hur man konstruerar tvådimensionella, biomimetiska material med atomär precision i vatten, sade Ron Zuckermann, Direktör för anläggningen för biologiska nanostrukturer vid Molecular Foundry, en DOE nanovetenskap användaranläggning vid Berkeley Lab. "Vad mer, vi kan producera dessa material för specifika applikationer, till exempel en plattform för avkänning av molekyler eller ett membran för filtrering."

Zuckermann, som också är senior forskare vid Berkeley Lab, är en pionjär inom utvecklingen av peptoider, syntetiska polymerer som beter sig som naturligt förekommande proteiner utan att brytas ned. Hans grupp upptäckte tidigare peptoider som kan självmontera till rep i nanoskala, lakan och käkar, accelererar mineraltillväxt och fungerar som en plattform för att upptäcka felveckade proteiner.

I denna senaste studie, teamet använde ett Langmuir-Blodgett-tråg – ett vattenbad med teflonbelagda paddlar i vardera änden – för att studera hur peptoid nanosheets monteras på ytan av badet, kallas luft-vatten-gränssnittet. Genom att komprimera ett enda lager av peptoidmolekyler på vattenytan med dessa paddlar, sa Babak Sanii, en postdoktor som arbetar med Zuckermann, "Vi kan pressa det här lagret till ett kritiskt tryck och se det kollapsa till ett ark."

"Att känna till mekanismen för arkbildning ger oss en uppsättning designregler för att göra dessa nanomaterial i mycket större skala, ” tillade Sanii.

För att studera hur skakning påverkade arkbildningen, teamet utvecklade en ny enhet som heter SheetRocker för att försiktigt skaka en flaska med peptoider från upprätt till horisontellt och tillbaka igen. Denna noggrant kontrollerade rörelse gjorde det möjligt för teamet att exakt kontrollera kompressionsprocessen på luft-vattengränssnittet.

"Under skakning, monoskiktet av peptoider komprimerar i huvudsak, trycker ihop kedjor av peptoider och pressar ut dem till ett nanoark. Luft-vatten-gränssnittet fungerar i huvudsak som en katalysator för att producera nanoark med 95 % utbyte, ” tillade Zuckermann. "Vad mer, denna process kan vara allmän för en mängd olika tvådimensionella nanomaterial."

Denna forskning rapporteras i en artikel med titeln, "skakad, ej omrörd:Att kollapsa ett peptoid monolager för att producera fritt flytande, stabila nanoark, ” visas i Journal of the American Chemical Society ( JACS ) och tillgänglig i JACS online. Medförfattare av tidningen tillsammans med Zuckermann och Sanii var Romas Kudirka, Andrew Cho, Neeraja Venkateswaran, Gloria Olivier, Alexander Olsson, Helen Tran, Marika Harada och Li Tan.