Naturen samlar utsökt proteiner och peptider i högbeställda funktionella material, sådana som är kritiska för benbildning. Dessa naturmaterial inspirerar forskare att förnya metoder för att efterlikna naturen för en rad potentiella biomedicinska tillämpningar. Nyligen sammanställde Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) -ledda materialforskare nätverk av högbeställda syntetiska proteinliknande polymerer (peptoider) på en plan yta, markerar ett stort genombrott inom biomimetiska beläggningar.

Det forskargruppen, ledd av PNNL:s Chun-Long Chen, framgångsrikt uppnått självmontering av peptoider i nätverk av hexagonalt mönstrade nanoribbon på mineralytor. Vad betyder det för någon som inte är materialvetare? Det betyder att forskarna belagde proteinliknande molekyler på fasta ytor på ett mycket ordnat sätt för att skapa material som liknar hårda vävnadsytor, som ben eller snäckskal. Detta liknar hur naturligt förekommande proteiner bildar organiserade matriser för att ge vävnader unika egenskaper. Forskarnas nya tillvägagångssätt kan potentiellt leda till utveckling av biomimetiska beläggningsmaterial för en mängd olika tillämpningar.

Proteiner som finns i naturen bildar de molekylära maskinerna som gör livet möjligt. Peptoider är mycket stabila, proteinliknande molekyler utvecklade av forskare för att efterlikna naturliga proteiner. De är billiga, mångsidig, och kan anpassas och kan utformas för att ha specifika former och funktioner. Molekylär självmontering är nyckeln i biologin för att bygga väldefinierade proteinmaterial. Forskarna kunde uppnå en kontrollerbar självmontering av peptoider på en plan yta genom att manipulera molekylära interaktioner genom avancerad kemi och mikroskopiteknik.

Deras genombrott ger en ny och robust plattform för att montera sekvensdefinierade syntetiska polymerer till biomimetiska material. Resulterande tillämpningar från vetenskapen kan innefatta ytbeläggningar med avstämningsbara funktioner för användning vid benreparation eller regenerering, celladhesion, antifouling, antibakteriella aktiviteter, och mer.

Chens forskargrupp uppnådde den kontrollerbara sammansättningen av sekvensdefinierade peptoider genom att manipulera deras sidokedjekemi för att justera molekylära interaktioner. De använde sedan ett speciellt mikroskop som kan se molekyler för att observera peptoidaggregatet i realtid. Forskare mätte också hur mycket energi det tog att dra peptoiderna från varandra och från mineralytan. De kombinerade resultaten gjorde det möjligt för laget att bättre förstå de mekanismer som leder till montering av dessa peptoider i hexagonalt mönstrade nanoribbon. De demonstrerade vidare att ytriktad peptoidmontering kan användas som ett verktyg för att tillverka biomimetiska beläggningsmaterial med kontrollerade funktioner.

Teamet driver peptoider att göra mer genom PNNL:s Materialsyntes and Simulation Across Scales Initiative och U.S. Department of Energy's Office of Basic Energy Sciences 'Biomolecular Materials Program. De studerar peptiders förmåga att självmontera både på fasta ytor och i lösning för att utveckla nya material, såsom biomimetiska membran. I sista hand, de hoppas kunna uppnå en mer fullständig förståelse av peptoidmontering som är programmerbar och förutsägbar.