Forskare, inklusive University of Oregon kemist Geraldine Richmond, har tappat olja och vatten för att skapa ställningar för självmontering, syntetiska proteiner som kallas peptoid nanosheets som efterliknar komplexa biologiska mekanismer och processer.

Framgången – detaljerad denna vecka i en tidning som lades ut online före tryckning av Proceedings of the National Academy of Sciences — förväntas underblåsa en alternativ design av de tvådimensionella peptoid nanosheets som kan användas i ett brett spektrum av applikationer. Bland dem kan vara förbättrade kemiska sensorer och separatorer, och säkrare, effektivare läkemedelsleveranser.

Studiens medförfattare Ronald Zuckermann från Molecular Foundry vid Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) utvecklade först dessa ultratunna nanoark 2010 med en kombination av luft och vatten.

"Vi tänker ofta på olja på vatten som något som är miljömässigt dåligt när, faktiskt, min grupp har under de senaste 20 åren studerat de unika egenskaperna hos kopplingen mellan vatten och olja som en intressant plats för molekyler att samlas på unika sätt – inklusive för tvål och oljedispergeringsmedel, sa Richmond, som innehar en UO-presidentordförande. "Denna studie visar att det också är en unik plattform för att göra nanoark."

Huvudförfattare på projektet var Ellen J. Robertson, en doktorand i Richmonds labb vid tidpunkten för forskningen, och Gloria K. Oliver, en postdoktor vid LBNL. Robertson är nu postdoktor vid LBNL.

Arbetet i Richmonds labb hjälpte till att identifiera mekanismen bakom bildandet av nanoskivorna vid ett gränssnitt mellan olja och vatten.

"Supramolekylär sammansättning vid ett olje-vattengränssnitt är ett effektivt sätt att producera 2D nanomaterial från peptoider eftersom det gränssnittet hjälper till att förorganisera peptoidkedjorna för att underlätta deras självinteraktion, sa Zuckermann, en senior forskare vid LBNL:s Molecular Foundry i ett pressmeddelande. "Denna ökade förståelse för peptoidmonteringsmekanismen borde göra det möjligt för oss att skala upp för att producera stora kvantiteter, eller skala ner, använder mikrofluidik, att screena många olika nanoark för nya funktioner."

Zuckermann och Richmond är motsvarande författare på tidningen. Ytterligare medförfattare är Menglu Qian och Caroline Proulx, båda av LBNL.

Precis som naturliga proteiner, syntetiska proteiner viker sig och formar sig till strukturer som tillåter dem att utföra specifika funktioner. I hans tidigare verk, Zuckermanns team vid LBNL:s Molecular Foundry upptäckte en teknik för att syntetisera peptoider till ark som bara var några nanometer tjocka men upp till 100 mikrometer långa. Dessa var bland de största och tunnaste fritt flytande organiska kristaller som någonsin gjorts, med en yta till tjocklek som motsvarar en plastduk som täcker en fotbollsplan.

"Peptoid nanosheet-egenskaper kan skräddarsys med stor precision, Zuckermann säger, "och eftersom peptoider är mindre känsliga för kemisk eller metabol nedbrytning än proteiner, de är en mycket lovande plattform för självmontering av bioinspirerade nanomaterial."

För att skapa den nya versionen av nanoark, forskargruppen använde vibrationssummafrekvensspektroskopi för att undersöka de molekylära interaktionerna mellan peptoiderna när de samlas vid gränsytan mellan olja och vatten. Arbetet visade att peptoidpolymerer som adsorberas till gränsytan är högt ordnade på ett sätt som påverkas av interaktioner mellan närliggande molekyler.

Ersättningen av olja i stället för luft skapar en mängd nya möjligheter för konstruktion och produktion av peptoid nanosheets, sa forskarna. Oljefasen, till exempel, kan innehålla kemiska reagenser, tjäna till att minimera avdunstning av vattenfasen eller möjliggöra mikrofluidisk produktion.