Materialvetare, ledd av ett team vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, designat ett litet rör som rullar ihop och dragkedjor stängs.

Dessa ihåliga nanorör är tusentals gånger mindre än en hårstrå och kan hjälpa till med vattenfiltrering, vävnadsteknik och många andra applikationer.

Rören inspirerades av proteinstrukturer som kallas mikrotubuli som finns i celler, enligt PNNL:s Chun-Long Chen.

"Cellens struktur är så vacker, "sa Chen, en materialkemiker som tänkt och ledde projektet. "Vi ville skapa ett syntetiskt system som efterliknar mikrotubulusstrukturen och är tillräckligt stabilt för en mängd olika tekniska tillämpningar."

Chen, hans PNNL -kollegor och deras medarbetare publicerade sina resultat denna vecka i Naturkommunikation .

Efterliknar mikrotubuli

Mikrotubuli är små ihåliga rör som hjälper till att hålla DNA organiserat under celldelning och bildar motorvägar för att skjuta innehåll i cellen.

Dessa mobilvägar består av långa proteinkedjor som sammanföres till en styv, men ihålig, rör. Mikrotubuli har en enhetlig men dynamisk struktur, och de inspirerar forskare som Chen.

Chens grupp hoppas kunna använda små ihåliga rör som mikrotubuli för att skapa ett robust vattenfiltreringssystem som skulle fånga salt eller andra molekyler inuti och låta rent vatten komma ut i andra änden. Dessutom, de vill övervaka hur stamceller anpassar sig till olika miljöer genom att studera hur cellerna förändras medan de växer på dessa rör.

Men forskarna kan inte använda mikrotubuli själva för dessa projekt. Mikrotubuli kan vara styva och lyhörda, men de är också mottagliga för temperaturförändringar och mikrober.

Till exempel, "om vi vill använda mikrotubuli för vattenfiltrering, du vill inte ha ett filter som kan ätas av bakterier, "sa Chen.

Så laget började med att göra en syntetisk version av mikrotubuli med hjälp av proteinliknande molekyler som kallas peptoider. Liksom proteiner, peptoider består av ett upprepande mönster av byggstenar med små variationer, men peptoider är mer stabila.

Dessa nya nanorör bildas på ett unikt sätt. Först, små peptoidpartiklar samlas för att bilda ett ark. Sedan stängs arket i ena änden och rullar till ett sömlöst rör.

Nano verktygslåda

För att karakterisera nanorören, forskarna använde en mängd olika tekniker, inklusive några vid Advanced Light Source och Molecular Foundry, två DOE Office of Science User Facilities vid Lawrence Berkeley National Laboratory.

Chen och hans team upptäckte att dessa nanorör är mycket skräddarsydda. Gruppen kunde kontrollera ett rörs storlek, diameter, tjocklek och styvhet genom att justera rörkompositionen eller ändra surheten i lösningen.

För att testa nanorörens styvhet, Chens team satte press på enskilda nanorör och mätte hur de ändrade form. Rören har en styvhet som faller mellan biologisk vävnad och hårdare ämnen som glas och glimmer, som, sa Chen, är bra för de typer av experiment han hoppas göra.

Men Chen vill inte stanna där. För honom, målet är att skapa något som efterliknar naturen i struktur och funktion.

"Naturen har gett oss alla möjliga vackra exempel, "sa han." Fisk kan ta in vatten från havet utan att behöva oroa sig för höga saltförhållanden. Om vi ​​kunde efterlikna detta beteende genom att bygga artificiella cellmembran som innehåller dessa nanorör, vi skulle kunna lösa några av de stora problemen som vår värld står inför idag. "