سنتز نانومواد از طرح‌های طبیعت
سنتز نانومواد از طرح‌های طبیعت
چون لنگ چن (Chun-Long Chen) دانشمند مواد، از ساختارهای مولکولی یافت‌شده در طبیعت استفاده می‌کند تا مواد نانو بیوممتیک را با توابع منحصر به فرد توسعه دهد.
تحقیقات چن بر توسعه پپتوئیدهای توالی تعریف شده برای تقلید از پروتئین‌های طبیعی برای تبلور بیومیمتیک و مونتاژ مواد بیومیمتیک متمرکز است. ساختارهایی که توسط این مولکول‌های خودآرایی‌شونده تشکیل می‌شوند، خواصی بیشتر از مولکول‌های منفرد از خود نشان می‌دهند.
تحقیقات چن بر توسعه پپتوئیدهای توالی تعریف شده برای تقلید از پروتئین‌های طبیعی برای تبلور بیومیمتیک و مونتاژ مواد بیومیمتیک متمرکز است. ساختارهایی که توسط این مولکول‌های خودآرایی‌شونده تشکیل می‌شوند، خواصی بیشتر از مولکول‌های منفرد از خود نشان می‌دهند.
نوار چسب! هواپیماها! ردیاب صوتی!
این‌ها چه وجه اشتراکی دارند؟ اختراع هر کدام از طبیعت الهام گرفته شده است. نوار چسب از توانایی بیدمشک برای چسباندن به لباس تقلید می‌کند. پرندگان در حال پرواز انگیزه توسعه نهایی هواپیماها بودند. خفاش‌ها از پژواک برای جهت‌یابی استفاده می‌کنند که الهام‌بخش ردیاب صوتی است.
در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL)، چون لنگ چن (Chun-Long Chen) دانشمند مواد نیز به مدل‌های موجود در طبیعت در مقیاس بسیار کوچکتر علاقه‌مند است و از ساختارهای مولکولی موجود در طبیعت الهام می‌گیرد. چن از ساختارهای مولکولی یافت‌شده در طبیعت استفاده می‌کند؛ درجه اول از بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها، که پپتیدها نامیده می‌شوند. او دنباله‌ای از مولکول‌های پروتئینی حاوی پروتیین ترکیبی را ایجاد کرد که نسبت به بلوک‌های سازنده طبیعی مقاوم‌تر هستند تا مواد نانو بیوممتیک را با توابع منحصر به فرد توسعه دهد.
این مواد زیستی الهام‌بخش در طیف گسترده‌ای از کاربردها، مثل تحویل دارو به تولید کننده، نوید می‌دهند. چن، به عنوان یک رهبر در حال ظهور در مونتاژ مولکولی، به همراه چندین تن از کارآموزان سابق خود، اخیرا یک مقاله بررسی برای مساله ویژه در مورد بازبینی شیمی منتشر کرده‌است. این مقاله، وضعیت هنر را در نانومواد که از توالی پلیمرهای مصنوعی مونتاژ شده‌اند، پوشش می‌دهد.
از طریق این بررسی، نویسندگان امیدوارند دیگران را در زمینه‌های مرتبط تشویق کنند تا طراحی نانومواد بیومیمتیک برای کاربردهای پیشرفته انرژی، زیست‌پزشکی و محیطی را کشف کنند.
رونالد زاکرمن (Ronald Zuckermann)، مربی سابق و مخترع پپتوئید چن، از آزمایشگاه ملی (LBNL) لارنس برکلی، گفت: "من از دستاوردهای چون-لونگ در این زمینه بسیار الهام گرفته‌ام و واقعاً معتقدم که او در ابتدای کشف انواع کاربردهای جدید برای نانوساختارهای پپتوئیدی بیومیمتیک است. تحقیقات او دوران جدیدی از علم نانو بیومیمتیک را باز می‌کند، جایی که ما می‌توانیم نانومواد مصنوعی را با دقت اتمی برای حل مشکلات در شناسایی مولکولی، کاتالیز و درمان دستکاری کنیم."
کاربردهای بزرگ برای مواد ریز
تحقیقات چن بر توسعه پپتوئیدهای توالی تعریف شده برای تقلید از پروتئین‌های طبیعی برای تبلور بیومیمتیک و مونتاژ مواد بیومیمتیک متمرکز است. ساختارهایی که توسط این مولکول‌های خودآرایی‌شونده تشکیل می‌شوند، خواصی بیشتر از مولکول‌های منفرد از خود نشان می‌دهند. برای مثال پروتئین‌ها حاوی چندین لایه ساختار هستند. اسیدهای آمینه به یکدیگر متصل می‌شوند تا مولکول‌های پپتیدی تشکیل دهند که پروتئین را می‌سازند.
پپتیدها تا می‌شوند تا ساختار سه بعدی را تشکیل دهند که به پروتئین عملکرد آن را می‌دهد. در سطح بعدی، پروتئین‌های متعددی می‌توانند با هم ترکیب شوند تا کمپلکس‌هایی را برای عملکردهای منحصربه‌فرد فراتر از توانایی‌های هر پروتئین تشکیل دهند.
این‌ها چه وجه اشتراکی دارند؟ اختراع هر کدام از طبیعت الهام گرفته شده است. نوار چسب از توانایی بیدمشک برای چسباندن به لباس تقلید می‌کند. پرندگان در حال پرواز انگیزه توسعه نهایی هواپیماها بودند. خفاش‌ها از پژواک برای جهت‌یابی استفاده می‌کنند که الهام‌بخش ردیاب صوتی است.
در آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL)، چون لنگ چن (Chun-Long Chen) دانشمند مواد نیز به مدل‌های موجود در طبیعت در مقیاس بسیار کوچکتر علاقه‌مند است و از ساختارهای مولکولی موجود در طبیعت الهام می‌گیرد. چن از ساختارهای مولکولی یافت‌شده در طبیعت استفاده می‌کند؛ درجه اول از بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها، که پپتیدها نامیده می‌شوند. او دنباله‌ای از مولکول‌های پروتئینی حاوی پروتیین ترکیبی را ایجاد کرد که نسبت به بلوک‌های سازنده طبیعی مقاوم‌تر هستند تا مواد نانو بیوممتیک را با توابع منحصر به فرد توسعه دهد.
این مواد زیستی الهام‌بخش در طیف گسترده‌ای از کاربردها، مثل تحویل دارو به تولید کننده، نوید می‌دهند. چن، به عنوان یک رهبر در حال ظهور در مونتاژ مولکولی، به همراه چندین تن از کارآموزان سابق خود، اخیرا یک مقاله بررسی برای مساله ویژه در مورد بازبینی شیمی منتشر کرده‌است. این مقاله، وضعیت هنر را در نانومواد که از توالی پلیمرهای مصنوعی مونتاژ شده‌اند، پوشش می‌دهد.
از طریق این بررسی، نویسندگان امیدوارند دیگران را در زمینه‌های مرتبط تشویق کنند تا طراحی نانومواد بیومیمتیک برای کاربردهای پیشرفته انرژی، زیست‌پزشکی و محیطی را کشف کنند.
رونالد زاکرمن (Ronald Zuckermann)، مربی سابق و مخترع پپتوئید چن، از آزمایشگاه ملی (LBNL) لارنس برکلی، گفت: "من از دستاوردهای چون-لونگ در این زمینه بسیار الهام گرفته‌ام و واقعاً معتقدم که او در ابتدای کشف انواع کاربردهای جدید برای نانوساختارهای پپتوئیدی بیومیمتیک است. تحقیقات او دوران جدیدی از علم نانو بیومیمتیک را باز می‌کند، جایی که ما می‌توانیم نانومواد مصنوعی را با دقت اتمی برای حل مشکلات در شناسایی مولکولی، کاتالیز و درمان دستکاری کنیم."
کاربردهای بزرگ برای مواد ریز
تحقیقات چن بر توسعه پپتوئیدهای توالی تعریف شده برای تقلید از پروتئین‌های طبیعی برای تبلور بیومیمتیک و مونتاژ مواد بیومیمتیک متمرکز است. ساختارهایی که توسط این مولکول‌های خودآرایی‌شونده تشکیل می‌شوند، خواصی بیشتر از مولکول‌های منفرد از خود نشان می‌دهند. برای مثال پروتئین‌ها حاوی چندین لایه ساختار هستند. اسیدهای آمینه به یکدیگر متصل می‌شوند تا مولکول‌های پپتیدی تشکیل دهند که پروتئین را می‌سازند.
پپتیدها تا می‌شوند تا ساختار سه بعدی را تشکیل دهند که به پروتئین عملکرد آن را می‌دهد. در سطح بعدی، پروتئین‌های متعددی می‌توانند با هم ترکیب شوند تا کمپلکس‌هایی را برای عملکردهای منحصربه‌فرد فراتر از توانایی‌های هر پروتئین تشکیل دهند.
چن گفت: "ایجاد پلیمرهای مصنوعی که خود به خود در نانومواد سلسله مراتبی مانند ماکرومولکول‌های طبیعی ترکیب می‌شوند، بسیار هیجان‌انگیز است، اما این زمینه هنوز نسبتاً جدید است. از طریق این بررسی، ما می‌خواستیم برخی از پیشرفت‌های انجام شده در جهت خودآرایی مولکولی این پلیمرهای مصنوعی تعریف‌شده با توالی را برجسته کنیم. همچنین می‌خواستیم در مورد کاربردهای بالقوه مواد سلسله مراتبی خودساماندهی آنها در علوم زیست پزشکی و انرژی‌های تجدیدپذیر بحث کنیم."
امکانات برای این عملکردهای مختلف بی پایان است. تا کنون، این ماده کاربردی الهام گرفته شده از طبیعت در انتقال دارو، سنجش مولکولی، درمان فتودینامیک، ضدعفونی کردن آب و موارد دیگر امیدوار کننده بوده است.
چن گفت: "پروتئین‌ها حاوی اطلاعات زیادی هستند. توالی اسیدهای آمینه موجود در پروتئین‌ها ،ساختار و عملکرد آنها را در بدن ما دیکته می‌کند. پپتوئیدهایی که سنتز می‌کنیم، ایده استفاده از کاربرد این مولکول‌ها برای عملکردهای مختلف است."
منبع:
phys.org
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
لطفا با اشتراک گذاری نظرات خود، ما را در توسعه این بخش از سایت یاری کنید.
محمدزاده
۱۴۰۰/۰۸/۲۲مدیر سیستم
۱۴۰۰/۰۸/۲۲