Moleculaire klitten: peptiden begeleiden zelfassemblage op micrometerschaal

Moleculaire zelfassemblage is een bekend concept in de supramoleculaire chemie. Ongeordende moleculen organiseren zichzelf spontaan in grotere structuren door middel van supramoleculaire interacties tussen de individuele entiteiten. Het werkt ook met nanodeeltjes en onderzoekers maken gebruik van bepaalde functionele groepen die aan de deeltjes zijn vastgemaakt om de organisatie van de deeltjes in een bepaalde richting te sturen, bijvoorbeeld als basis voor het ontwerp van nieuwe materialen.

“In ons onderzoek hebben we specifieke zelfassemblerende peptiden gebruikt om silica-nanodeeltjes, die nog steeds 100 nanometer in diameter zijn, grotere structuren te laten bouwen die eruitzagen zoals we wilden dat ze waren”, zegt corresponderend auteur Freddy Kleitz van het Institute of Inorganic Chemie-functionele materialen.

Het potentieel van peptiden met een korte keten, vooral de zogenaamde difenylalanine, als aanjagers voor de zelfassemblage van moleculen tot nieuwe, grotere structuren (buizen, vezels, membranen, enz.) was al bekend. In deze studie ontwikkelde een team rond Michael Reithofer van het Institute of Anorganic chemistry synthesemethoden waarmee difenylalaninepeptiden zich konden binden aan colloïdale nanodeeltjes.

“Onze peptiden hebben het zelfassemblageproces geleid: ze bedekten het oppervlak van de kleine deeltjes en hielden de deeltjes vervolgens bij elkaar, vergelijkbaar met een klittenband”, zegt de corresponderende auteur Michael Reithofer. De peptiden zijn in staat tot zelfassemblage vanwege hun eigen functionele groepen en moleculaire structuur.

Om de met peptiden gefunctionaliseerde deeltjes te ordenen, gebruikten de onderzoekers een unieke verdampingsgeïnduceerde zelfassemblage (EISA) -strategie; zelfassemblage vond plaats in de loop van de verdamping van een oplosmiddel waarin de peptiden en de deeltjes zich bevonden. De wetenschappers konden de vorm van het eindproduct sterk beïnvloeden door de keuze van peptiden en het oplosmiddel.

Het onderzoek is uitgevoerd in nauwe samenwerking met onderzoekers van het NMR Centrum van de Faculteit Scheikunde. Met behulp van NMR-spectroscopie was het mogelijk om inzicht te krijgen in de onderliggende mechanismen van de zelforganisatie die door de peptiden wordt veroorzaakt. “We staan ​​hier nog maar aan het begin, maar onze methode opent de deur naar het ontwerpen van een groot aantal verschillende materialen – ook met betrekking tot een breed scala aan toepassingen zoals medicijnafgiftesystemen of nieuwe nanokatalysatoren”, concluderen de onderzoekers.

Het onderzoek is gepubliceerd in Angewandte Chemie.