Skip to content
Home » Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen

Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen

    Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen
    Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen

    De afbeelding laat zien hoe druppeltjes met verschillende DNA-strengen eerst worden gecombineerd tot ketens, die vervolgens worden geprogrammeerd om in specifieke geometrieën te vouwen, analoog aan eiwitvouwing. Het tapijt benadrukt een vouwpad van een hexameerketen die zich tot een polytetraëder vouwt. De zoom laat zien hoe de vorming van dubbele DNA-helices druppel-druppelbinding stimuleert. Krediet: Kaitlynn Snyder

    Een team van natuurkundigen heeft een nieuwe manier ontwikkeld om deeltjes zelf te assembleren – een vooruitgang die een nieuwe belofte biedt voor het bouwen van complexe en innovatieve materialen op microscopisch niveau.


    Zelfassemblage, geïntroduceerd in de vroege jaren 2000, geeft wetenschappers een middel om deeltjes te “voorprogrammeren”, waardoor materialen kunnen worden gebouwd zonder verdere menselijke tussenkomst – het microscopische equivalent van Ikea-meubels dat zichzelf kan monteren.

    De doorbraak, gerapporteerd in het tijdschrift Natuurconcentreert zich op emulsies – druppels olie ondergedompeld in water – en hun gebruik in de zelfassemblage van foldamers, unieke vormen die theoretisch kunnen worden voorspeld uit de opeenvolging van druppelinteracties.

    Het zelfassemblageproces leent van het veld van de biologie en bootst de vouwing van eiwitten en RNA na met behulp van colloïden. In de Natuur werk, creëerden de onderzoekers kleine, op olie gebaseerde druppeltjes in water, met een reeks DNA-sequenties die dienden als montage-instructies. Deze druppeltjes assembleren zich eerst tot flexibele ketens en vallen dan achtereenvolgens ineen, of vouwen, via kleverige DNA-moleculen. Dit vouwen levert een dozijn soorten foldamers op, en verdere specificiteit zou kunnen coderen voor meer dan de helft van 600 mogelijke geometrische vormen.

    Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen

    Microscopiebeelden tonen een keten van afwisselende blauwe en gele druppeltjes die zich in een kroongeometrie vouwen door middel van blauw-blauwe, blauw-gele en tenslotte geel-gele interacties, gemedieerd door kleverige DNA-strengen. Microscopische druppeltjes zijn geprogrammeerd om via kleverige DNA-strengen een interactie aan te gaan om op unieke wijze in goed gedefinieerde vormen te vouwen, zoals hier wordt weergegeven. Krediet: Brujic Lab

    “Het voorprogrammeren van colloïdale architecturen geeft ons de middelen om materialen met ingewikkelde en innovatieve eigenschappen te creëren”, legt Jasna Brujic uit, een professor aan de afdeling Natuurkunde van de New York University en een van de onderzoekers. “Ons werk laat zien hoe honderden zelf-geassembleerde geometrieën op unieke wijze kunnen worden gecreëerd, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor het creëren van de volgende generatie materialen.”

    Het onderzoek omvatte ook Angus McMullen, een postdoctoraal onderzoeker aan de afdeling Natuurkunde van de NYU, evenals Maitane Muñoz Basagoiti en Zorana Zeravcic van ESPCI Paris.

    De wetenschappers benadrukken het contra-intuïtieve en baanbrekende aspect van de methode: in plaats van een groot aantal bouwstenen nodig te hebben om precieze vormen te coderen, betekent de vouwtechniek dat er maar een paar nodig zijn omdat elk blok verschillende vormen kan aannemen.

    “In tegenstelling tot een legpuzzel, waarbij elk stukje anders is, gebruikt ons proces slechts twee soorten deeltjes, wat de verscheidenheid aan bouwstenen die nodig zijn om een ​​bepaalde vorm te coderen aanzienlijk vermindert”, legt Brujic uit. “De innovatie ligt in het gebruik van vouwen, vergelijkbaar met de manier waarop eiwitten dat doen, maar op een lengteschaal die 1000 keer groter is – ongeveer een tiende van de breedte van een haarlok. Deze deeltjes binden zich eerst aan elkaar om een ​​ketting te maken, die vervolgens vouwt volgens tot voorgeprogrammeerde interacties die de keten door complexe paden leiden naar een unieke geometrie.”

    “Het vermogen om een ​​lexicon van vormen te verkrijgen, opent de weg naar verdere assemblage tot materialen op grotere schaal, net zoals eiwitten hiërarchisch aggregeren om cellulaire compartimenten in de biologie te bouwen”, voegt ze eraan toe.


    Natuurkundigen ontdekken hoe deeltjes zichzelf assembleren


    Informatie:
    Jasna Brujic, Zelfassemblage van emulsiedruppels door programmeerbaar vouwen, Natuur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05198-8. www.nature.com/articles/s41586-022-05198-8

    Geleverd door de Universiteit van New York

    citaten: Natuurkundigen tillen zelfassemblage naar een nieuw niveau door biologie na te bootsen (2022, 28 september) opgehaald op 30 september 2022 van https://phys.org/news/2022-09-physicists-self-assembly-mimicking-biology.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.