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  • Uma corda em nanoescala, e mais um passo em direção a nanomateriais complexos que se montam
    p Os cientistas do Berkeley Lab desenvolveram uma corda em nanoescala que se trança, como visto nesta imagem de microscopia de força atômica da estrutura com uma resolução de um milionésimo de um metro.

    p (PhysOrg.com) - Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) persuadiram os polímeros a se trançarem em finas cordas em nanoescala que se aproximam da complexidade estrutural dos materiais biológicos. p Seu trabalho é o mais recente desenvolvimento no esforço para desenvolver materiais em nanoescala de automontagem que imitam a complexidade e a funcionalidade do trabalho manual da natureza, mas que são resistentes o suficiente para resistir a condições adversas, como calor e secura.

    p Embora ainda esteja no estágio inicial de desenvolvimento, suas pesquisas podem levar a novas aplicações que combinem o melhor dos dois mundos. Talvez eles sejam usados ​​como andaimes para orientar a construção de fios em nanoescala e outras estruturas. Ou talvez eles sejam usados ​​para desenvolver veículos de entrega de drogas que visam doenças em escala molecular, ou para desenvolver sensores moleculares e dispositivos semelhantes a peneira que separam as moléculas umas das outras.

    p Especificamente, os cientistas criaram as condições para que os polímeros sintéticos chamados polipeptoides se montassem em estruturas cada vez mais complicadas:primeiro em folhas, em seguida, em pilhas de folhas, que por sua vez se enrolam em hélices duplas que se assemelham a uma corda medindo apenas 600 nanômetros de diâmetro (um nanômetro é um bilionésimo de um metro).

    p “Esta automontagem hierárquica é a marca registrada de materiais biológicos, como o colágeno, mas projetar estruturas sintéticas que façam isso tem sido um grande desafio, ”Diz Ron Zuckermann, que é o Diretor de Instalações da Instalação de Nanoestruturas Biológicas da Fundição Molecular do Laboratório de Berkeley.

    p Além disso, ao contrário de polímeros normais, os cientistas podem controlar a composição átomo por átomo das estruturas fibrosas. Eles também podem projetar hélices de comprimentos e sequências específicas. Essa "sintonia" abre a porta para o desenvolvimento de estruturas sintéticas que imitam a capacidade dos materiais biológicos de realizar feitos incríveis de precisão, como o direcionamento para moléculas específicas.

    p “A natureza usa comprimento e sequência exatos para desenvolver estruturas altamente funcionais. Um anticorpo pode reconhecer uma forma de proteína sobre outra, e estamos tentando imitar isso, ”Acrescenta Zuckermann.

    p Zuckermann e colegas conduziram a pesquisa na The Molecular Foundry, que é um dos cinco centros nacionais de pesquisa em nanoescala do DOE, instalações para usuários nacionais de pesquisa interdisciplinar em nanoescala. Juntando-se a ele estavam Hannah Murnen, cientistas do Berkeley Lab, Adrianne Rosales, Jonathan Jaworski, e Rachel Segalman. Sua pesquisa foi publicada em uma edição recente do Jornal da American Chemical Society .

    p Os cientistas trabalharam com cadeias de polímeros bioinspirados chamados de peptóides. Peptoides são estruturas que imitam peptídeos, que a natureza usa para formar proteínas, os burros de carga da biologia. Em vez de usar peptídeos para construir proteínas, Contudo, os cientistas estão se esforçando para usar peptóides para construir estruturas sintéticas que se comportam como proteínas.

    p A equipe começou com um copolímero em bloco, que é um polímero composto por dois ou mais monômeros diferentes.

    p “Copolímeros de bloco simples se auto-montam em estruturas em nanoescala, mas queríamos ver como a sequência detalhada e a funcionalidade das unidades bioinspiradas poderiam ser usadas para fazer estruturas mais complicadas, ”Diz Rachel Segalman, um cientista docente do Berkeley Lab e professor de Engenharia Química e Biomolecular da Universidade da Califórnia, Berkeley.

    p Com isso em mente, as peças peptóides foram sintetizadas roboticamente, processado, e, em seguida, adicionado a uma solução que promove a automontagem.

    p O resultado foi uma variedade de formas e estruturas feitas por você mesmo, com as hélices trançadas sendo as mais intrigantes. A estrutura hierárquica da hélice, e sua capacidade de ser manipulado átomo por átomo, significa que ele pode ser usado como um modelo para mineralizar estruturas complexas em escala nanométrica.

    p “A ideia é montar estruturas estruturalmente complexas em escala nanométrica com entrada mínima, ”Diz Hannah Murnen. Ela acrescenta que a próxima esperança dos cientistas é capitalizar o fato de que eles têm controle minucioso sobre a sequência da estrutura, e explorar como mudanças químicas muito pequenas alteram a estrutura helicoidal.

    p Diz Zuckermann, “Essas hélices trançadas são uma das primeiras incursões na fabricação de copolímeros em bloco definidos atomicamente. A ideia é pegar algo que normalmente consideramos plástico, e permitem que ele adote estruturas que são mais complexas e capazes de funções superiores, como reconhecimento molecular, que é o que as proteínas fazem muito bem. ”

    p Os experimentos de difração de raios-X usados ​​para caracterizar as estruturas foram conduzidos nas linhas de luz 8.3.1 e 7.3.3 da fonte de luz avançada do Berkeley Lab, uma facilidade de uso nacional que gera raios-x intensos para sondar as propriedades fundamentais das substâncias. Este trabalho foi apoiado em parte pelo Office of Naval Research.


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