En forskare från Dartmouth College och hans medarbetare har skapat ett artificiellt protein som organiserar nya material i nanoskala.

"Detta är en proof-of-principe-studie som visar att proteiner kan användas som effektiva redskap för att organisera nanomaterial genom design, " säger seniorförfattaren Gevorg Grigoryan, en biträdande professor i datavetenskap vid Dartmouth. "Om vi ​​lär oss att göra det här mer allmänt - den programmerbara självmonteringen av exakt organiserade molekylära byggstenar - kommer detta att leda till en rad nya material för en mängd applikationer, från medicin till energi."

Studien visas i tidskriften i Naturkommunikation .

Enligt U.S. National Nanotechnology Initiative, forskare och ingenjörer hittar en mängd olika sätt att medvetet tillverka material på nanoskala - eller atomär och molekylär nivå - för att dra fördel av deras förbättrade egenskaper som högre hållfasthet, lättare vikt, ökad kontroll av ljusspektrum och större kemisk reaktivitet än deras motsvarigheter i större skala.

Proteiner är "smarta" molekyler, kodas av våra gener, som organiserar och orkestrerar i princip alla molekylära processer i våra celler. Målet med den nya studien var att skapa ett artificiellt protein som skulle självorganisera till ett nytt material - ett atomiskt periodiskt gitter av buckminster fullerenmolekyler. Buckminster fulleren (förkortat buckyball) är en sfärliknande molekyl som består av 60 kolatomer formad som en fotboll. Buckyballs har en mängd ovanliga egenskaper, som har upphetsat forskare i flera decennier på grund av deras potentiella tillämpningar. Buckyballs används för närvarande inom nanoteknologin på grund av deras höga värmebeständighet och elektriska supraledning, men molekylen är svår att organisera på önskade sätt, vilket hämmar dess användning i utvecklingen av nya material.

I sin nya forskning, Grigoryan och hans kollegor visar att deras artificiella protein interagerar med buckyball och faktiskt organiserar det i ett galler. Ytterligare, de bestämde den 3-dimensionella strukturen för detta gitter, som representerar den första atomistiska synen någonsin på ett protein/buckyball-komplex.

"Att lära sig att konstruera självmontering skulle möjliggöra den exakta organisationen av molekyler genom design för att skapa materia med skräddarsydda egenskaper, " säger Grigoryan. "I denna forskning, vi visar att proteiner kan styra självmonteringen av buckminsterfulleren till ordnade överbyggnader. Ytterligare, spännande, vi har observerat att detta protein/buckyball-gitter leder elektricitet, något som det protein-ensamma gittret inte gör. Således, vi börjar se framväxande materiella beteenden som kan uppstå från att kamma de fascinerande egenskaperna hos buckyball och proteiners förmåga att organisera materia på atomär skala. Tagen tillsammans, våra fynd tyder på ett nytt sätt att organisera fullerenmolekyler i ett rikt utbud av gitter för att skapa nya egenskaper genom design."