Ученые из Беркли создали «молекулярную бумагу»

Ученые из Беркли (Berkeley Lab) создали новый материал – «молекулярную бумагу». Это большой двумерный полимерный кристалл, самостоятельно формирующийся в водном растворе.

Основной материал «бумаги» – пептоиды, специально сконструированные полимеры, обладающие особыми механическими свойствами. Так, они могут изгибаться, подобно белкам, что придает синтетическому материалу большую эластичность.

Двумерный молекулярные «листы» широко распространены в биологических наноструктурах. Так, двухслойная липидная мембрана – наиболее яркий пример подобных органических образований. Ее уникальные свойства постоянно подталкивают исследователей на воссоздание подобных материалов в наноразмерном диапазоне.

Достижение ученых из Беркли показало, насколько сложными могут быть подобные двухслойные образования, и как непросто их интегрировать в работоспособные биологические или микроэлектронные устройства. Однако, несмотря на все трудности, «молекулярная бумага» показала, что даже такие сложные задачи решаемы при наличии соответствующего подхода.

В создании «листа» кристалла ученым помогла технология самосборки, широко распространенная в биосистемах и супрамолекулярной химии. Пептоиды, из которых состоят листы, не смотря на высокую эластичность сохраняют прочность, присущую неорганическим материалам. Те же липидные двухслойные мембраны легко поддаются механическому воздействию, «молекулярная бумага» гораздо более устойчива к подобным видам деформации.

1_44.jpgРис. 1. Цукерман и Кристиан Киселевски

Каждый слой «молекулярной бумаги» толщиной всего в две молекулы, но, несмотря на это, участок размерами несколько сотен квадратных микрон виден невооруженным глазом.

Как говорит руководитель исследований, ученый Рональд Цукерман (Ronald Zuckermann), искусственные нано-пленки могут быть полезны в разработке лабораторий-на-чипе, выступая там в роли детекторов и части транспортной системы. Также их свойствами можно управлять, создавая двухслойные полимерные образования заданной архитектуры.

На видео можно увидеть запись с флуоресцентного микроскопа. Участки пептоидов свободно плавают в растворе жидкости. Несмотря на их миниатюрность и тонкость, листы «молекулярной бумаги» можно увидеть невооруженным глазом.

2_28.jpgРис. 2. Модель слоя «молекулярной бумаги»

«Наша цель – детально изучить природные биополимеры и связать их с синтетическими аналогами. Так мы сделаем решим одну из проблем органической химии и нанотехнологии, – говорит Цукерман. – Мы будем стараться создать материал, аналогичный по архитектуре природным, но созданный полностью из синтетических компонентов. При этом мы научимся управлять его свойствами на атомарном уровне».

Что интересно, основа «молекулярной бумаги» – пептоидные полимерные «строительные блоки» дешевы в массовом производстве и могут производиться без особой модернизации оборудования. Цукерман даже говорит о создании «библиотеки» образцов пептоидных материалов, которая существенно облегчит дальнейшую работу с ними. Так можно предсказывать появление тех или иных комбинаций «молекулярной бумаги», самостоятельно собирающихся в водном растворе из «строительных блоков».

Цукерман и его коллега, соавтор изобретения, Кристиан Киселевски (Christian Kisielowski) использовали микроскоп TEAM 0.5 в Национальном Центре Электронной Микроскопии США (National Center for Electron Microscopy) для наблюдения за отдельными цепочками полимеров и корректировки хода их сборки в листы «молекулярной бумаги».

Пептоидные листы не разрушались даже при интенсивной бомбардировке электронами, что необходимо для получения изображения в процессе микроскопии.

«Новый материал – отличный пример быстро развивающейся биомимикрии. Уже скоро мы сможем успешно подражать природе, иногда даже улучшая существующие в ней материалы. Также нельзя отметить тот прорыв, который мы произвели в электорнной микроскопии таких «мягких» и непрочных материалов», – подытожил Цукерман.

О своей работе ученые сообщили в статье “Free floating ultra-thin two-dimensional crystals from sequence-specific peptoid polymers”, вышедшей в текущем номере Nature Materials.

Свидиненко Юрий

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.7 (9 votes)
Источник(и):

1. PhysOrg: Berkeley Lab Scientists Create Molecular Paper