Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики и Вашингтонского университета (UW) успешно разработали биоподобную молекулу, которая может направлять атомы золота для формирования идеальных нанозвезд. Работа является важным шагом к пониманию и управлению формой металлических наночастиц и созданию передовых материалов с настраиваемыми свойствами.
Металлические наноматериалы обладают интересными оптическими свойствами, называемыми плазмонными свойствами, говорит Чун-Лонг Чен, старший научный сотрудник PNNL, аффилированный профессор химического машиностроения и химии UW и научный сотрудник факультета UW-PNNL. В частности, уже известно, что звездообразные металлические наноматериалы демонстрируют уникальные улучшения, которые полезны для обнаружения и обнаружения патогенных бактерий, среди других приложений национальной безопасности и здравоохранения.
Чтобы создать эти поразительные наночастицы, команда тщательно настроила последовательности пептоидов, типа программируемого белковоподобного синтетического полимера. «Пептоиды предлагают уникальное преимущество в достижении контроля на молекулярном уровне», — говорит Чен. В этом случае пептоиды направляют мелкие частицы золота к прикреплению и релаксации с образованием более крупных пятикратных двойников, а также стабилизируют грани кристаллической структуры. Их подход был вдохновлен природой, где белки могут контролировать создание материалов с расширенными функциями.
Джим Де Йорео и Бяо Джин использовали передовую просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) in situ, чтобы «увидеть» формирование звезд в растворе на наноуровне. Этот метод обеспечил глубокое механистическое понимание того, как пептоиды управляют процессом, и выявил роль прикрепления частиц и стабилизации граней в контроле формы. Де Йорео является научным сотрудником Баттель в PNNL и аффилированным профессором материаловедения и инженерии в UW, а Джин является постдокторским научным сотрудником в PNNL.
Собрав свое наносозвездие, исследователи затем использовали моделирование молекулярной динамики , чтобы зафиксировать уровень детализации, который нельзя получить из экспериментов, и понять, почему определенные пептоиды контролируют формирование идеальных звезд. Синь Ци, постдокторский исследователь в области химической инженерии в группе профессора Джима Пфендтнера, руководил этой работой в Университете Вашингтона. Ци использовал кластер суперкомпьютеров UW Hyak для моделирования межфазных явлений между несколькими различными пептоидами и поверхностями частиц.
Моделирование играет решающую роль в изучении того, как создавать плазмонные наноматериалы, которые уникальным образом поглощают и рассеивают свет. «Чтобы сформировать эту прекрасную звездообразную частицу с интересными плазмонными свойствами, нужно иметь понимание на молекулярном уровне», — сказал Чен. Моделирование может построить теоретическое понимание того, почему определенные пептоиды создают определенные формы.
Исследователи работают над будущим, в котором симуляции будут определять экспериментальный дизайн , в цикле, который, как надеется команда, приведет к предсказуемому синтезу наноматериалов с желаемыми плазмонными улучшениями. В этом аспекте они хотели бы сначала использовать вычислительные инструменты для идентификации боковых цепей и последовательностей пептидов с желаемой избирательностью фасетов. Затем они будут использовать современные методы визуализации in situ, такие как TEM с жидкими клетками, для мониторинга прямой экспрессии фасеток, стабилизации и прикрепления частиц. Другими словами, Чен говорит: «Если кто-то может сказать нам, что структура плазмонных наноматериалов обладает интересными оптическими свойствами, можем ли мы использовать пептоидный подход, чтобы сделать это предсказуемо?»
Хотя они еще не до конца, эта успешная экспериментально-вычислительная работа, безусловно, сближает их. Кроме того, способность команды последовательно синтезировать красивые формы звезд является важным шагом; более однородные частицы превращаются в более предсказуемые оптические свойства.
Эта работа была недавно опубликована в журнале Angewandte Chemie.
Теги: плазма, суперкомпьютер
