Forskare har utvecklat en process för att skapa ultratunna, självmonterande ark av syntetiska material som kan fungera som designerpapper i selektiv bindning med virus, bakterie, och andra patogener.

På detta sätt den nya plattformen, utvecklat av ett team som leds av forskare vid U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), kan eventuellt användas för att inaktivera eller upptäcka patogener.

Laget, som också inkluderade forskare från New York University, skapade de syntetiserade nanoskikten på Berkeley Labs Molecular Foundry, ett vetenskapscenter i nanoskala, av självmontering, bioinspirerade polymerer som kallas peptoider. Studien publicerades tidigare denna månad i tidningen ACS Nano .

Arken är utformade för att presentera enkla sockerarter på ett mönstrat sätt längs deras ytor, och dessa sockerarter, i tur och ordning, visades selektivt binda med flera proteiner, inklusive en associerad med Shiga -toxinet, som orsakar dysenteri. Eftersom utsidan av våra celler är platt och täckt med sockerarter, dessa 2-D nanosheets kan effektivt efterlikna cellytor.

"Det är inte bara ett" lås och nyckel " - det är som kardborreband, med ett gäng små öglor som konvergerar på målproteinet tillsammans, "sade Ronald Zuckermann, en forskare vid Molecular Foundry som ledde studien. "Nu kan vi efterlikna en nanoskala som är allestädes närvarande i biologin."

Han noterade att många patogener, från influensavirus till kolerabakterier, binder till socker på cellytor. Så att välja rätt socker för att binda till peptoid nanosheets, i rätt fördelningar, kan avgöra vilka patogener som kommer att dras till dem.

"Kemin vi gör är väldigt modulär, "Tillade Zuckermann." Vi kan "klicka på" olika sockerarter, och presentera dem på en väldefinierad, plan yta. Vi kan styra hur långt de är från varandra. Vi kan göra detta med i stort sett vilket socker som helst. "

Peptoidplattformen är också mer robust och stabil jämfört med naturliga biomolekyler, han sa, så det kan eventuellt sättas in på fältet för test av bioagenter av militär personal och räddningspersonal, till exempel.

Och peptoider - en analog till peptider i biologin som är kedjor av aminosyror - är billiga och lättframställda polymerer.

"Den kemiska informationen som instruerar molekylerna att spontant sätta ihop sig i de sockerbelagda arken programmeras in i varje molekyl under dess syntes, "Zuckermann sa." Detta arbete visar vår förmåga att enkelt konstruera sofistikerade biomimetiska nanostrukturer genom direkt kontroll av polymersekvensen. "

De sockerbelagda nanoskikten är gjorda i en flytande lösning. Zuckermann sa att om nanoskikten används för att skydda någon från att bli utsatt för en patogen, han kunde tänka sig att använda en nässpray som innehåller de patogenbindande nanoskikten.

Nanoskikten kan också potentiellt användas vid miljörensningar för att neutralisera specifika toxiner och patogener, och arken kan eventuellt skalas till målvirus som Ebola och bakterier som E. coli, och andra patogener.

I den senaste studien, forskarna bekräftade att bindningarna med de riktade proteinerna var framgångsrika genom att bädda in ett fluorescerande färgämne i arken och fästa ett annat fluorescerande färgämne på målproteinerna. En färgförändring indikerade att ett protein var bundet till nanoskiktet.

Intensiteten i denna färgförändring kan också vägleda forskare att förbättra dem, och för att upptäcka nya nanosheets som kan rikta specifika patogener.