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Les chercheurs étudient des aspects structurels d'ADN-particule/de surface adjacente de lipide directement utilisant la diffusion des rayons X

Voie possible aux filtres réglables, aux surfaces avec la réaction mécanique variable, ou même aux voies neuves de livrer des gènes pour des applications biomédicales

Les scientifiques recherchant des voies de concevoir l'ensemble des particules minuscules mesurant juste des milliardièmes d'un mètre ont réalisé une première-le formation neuve d'un à une seule couche des nanoparticles sur une surface liquide où les propriétés de la couche peuvent être facilement commutées. La compréhension de l'ensemble de tels films minces nanostructured a pu mener au modèle des genres neufs de filtres ou de membranes avec une réaction mécanique variable pour un large éventail d'applications. De plus, parce que les scientifiques avaient l'habitude les brins d'ADN synthétiques minuscules pour retenir les nanoparticles ensemble, l'étude offre également l'analyse dans le mécanisme des interactions des nanoparticles et des molécules d'ADN près d'une membrane de lipide. Cette compréhension a pu aviser l'utilisation apparaissante des nanoparticles comme véhicules pour livrer des gènes en travers des membranes cellulaires.

« Notre travail indique comment les nanoparticles ADN-enduits agissent l'un sur l'autre et réorganisent à une surface adjacente de lipide, et comment ce procédé affecte les propriétés « d'un film mince » fait de nanoparticles ADN-joints, » a dit la bande d'Oleg de physicien qui a abouti l'étude au centre pour les Nanomaterials fonctionnels (force mixte de l'OTAN, http://www.bnl.gov/cfn/) au ministère de l'énergie des États-Unis le laboratoire national de Brookhaven. Les résultats seront publiés dans l'édition imprimée du 11 juin 2014 du tourillon de la société chimique américaine.

Comme la molécule qui diffuse l'information génétique dans des choses vivantes, les brins d'ADN synthétiques utilisés en tant que « colle » pour gripper des nanoparticles dans cette étude ont une tendance naturelle d'appareiller vers le haut de quand les bases qui composent les échelons de la déformer-échelle ont formé la correspondance de molécule d'une voie particulière. Les scientifiques chez Brookhaven ont effectué l'utilisation grande de la spécificité de cette force attrayante d'obtenir des nanoparticles enduits des brins d'ADN synthétiques uniques pour appareiller et se réunir dans un grand choix d'architectures en trois dimensions. L'objectif de la présente étude était de voir si la même approche pourrait être employée pour réaliser des modèles des films bidimensionnels et un-particule-épais.

« Plusieurs des applications que nous envisageons pour des nanoparticles, tels que les couches optiques et les dispositifs de mémorisation photovoltaïques et de stockage magnétique, exigez la géométrie planaire, » a dit Sunita Srivastava, un chercheur post-doctoral d'université pierreuse de ruisseau et l'auteur important sur le papier. D'autres groupes de scientifiques ont assemblé de tels plans des nanoparticles, les flottant essentiellement sur une surface liquide, mais ces choix à une seule couche ont tous étés statiques, il ont expliqué. « Utilisant des molécules de lieur d'ADN nous donne une voie de régler les interactions entre les nanoparticles. »

Comme décrit dans le papier, les scientifiques ont expliqué leur capacité de réaliser les couches unitaires différemment structurées, d'un choix comme liquide visqueux à un élastique maille-et à un contact réticulés plus fortement tissés entre ceux différents condition-par varier la force de l'appareillement entre les boucles d'ADN complémentaire et de régler d'autres variables, y compris la charge électrostatique sur la surface liquide d'ensemble et la concentration du sel.

Quand la surface qu'ils ont employée, un lipide, a une charge positive intense il attire négativement - les brins d'ADN chargés qui vêtent les nanoparticles. Qu'attraction électrostatique et la répulsion entre négativement - les molécules d'ADN chargées entourant les nanoparticles adjacents maîtrisent la force attrayante entre les bases d'ADN complémentaire. Comme résultat, les particules forment une couche unitaire visqueuse en mouvement libre plutôt desserré rangée. Ajouter le sel change les interactions et surmonte la répulsion entre les brins d'ADN comme-chargés, permettant aux paires de bases d'apparier et de joindre les nanoparticles ensemble plus attentivement, d'abord formant des choix chaîne de caractères chaîne de caractères, et avec du plus du sel, une couche comme une maille plus solide pourtant plus élastique.

« Le mécanisme de ce passage de phase n'est pas évident, » a dit la bande. « Il ne peut pas comprendre seules des interactions de répulsion-attraction. Avec l'aide de la théorie, nous indiquons qu'il y a des effets collectifs des réseaux flexibles d'ADN qui pilotent le système dans les conditions particulières. Et il est seulement possible quand les dimensions des particules et les tailles de réseau d'ADN sont comparable-sur la commande de 20-50 nanomètres, » il a dit.

En tant qu'élément de l'étude, les scientifiques ont examiné les différentes configurations des nanoparticles sur la couche liquide utilisant la diffusion des rayons X à la source lumineuse du synchrotron national de Brookhaven (NSLS, http://www.bnl.gov/ps/nsls/about-NSLS.asp). Ils ont également transféré la couche unitaire produite à chaque concentration en sel à une surface solide ainsi ils pourraient la concevoir utilisant la microscopie électronique à la force mixte de l'OTAN.

« Produire ces couches unitaires de particules à une surface adjacente liquide est très pratique et parce que la structure bidimensionnelle des particules est très « liquide » et peut être facilement manipuler-à la différence en circuit d'un substrat solide, où les particules peuvent facilement se coincer à la surface, » Gang efficace a dit. « Mais dans quelques applications, nous pouvons devoir transférer la couche assemblée à une surface si solide. En combinant la représentation de dispersion et de microscopie électronique du synchrotron nous pourrions confirmer que le transfert peut être fait avec la perturbation minimale à la couche unitaire. »

La nature permutable des couches unitaires pourrait être particulièrement attrayante pour des applications telles que des membranes utilisées pour la purification et les séparations, ou pour régler le transport de moléculaire ou de la nano-écaille objecte par les surfaces adjacentes liquides. Par exemple, a dit la bande, quand des particules sont jointes mais se bougent librement à la surface adjacente, elles peut permettre un objectif-un molécule-au passage par la surface adjacente. « Cependant, quand nous induisons des liens entre les particules pour former un réseau comme une maille, aucun objectif plus grand que la maille-taille du réseau ne peut pénétrer par ce film mince même.  »

« En principe, nous pouvons même penser à de tels réseaux réglés sur demande pour régler la grosseur de maille dynamiquement. Puisque, du taille-régime de nanoscale, nous pourrions envisager utiliser de telles membranes pour les protéines de filtrage ou d'autres nanoparticles, » il a dit.

La compréhension comment les nanoparticles ADN-enduits synthétiques agissent l'un sur l'autre avec une surface de lipide peut également offrir l'analyse dans la façon dont de telles particules enduites des gènes réels pourraient agir l'un sur l'autre avec la cellule dont se composent en grande partie lipide-et entre eux dans un environnement de lipide.

De « autres groupes ont considéré utilisant les nanoparticles ADN-enduits trouver des gènes dans des cellules, ou même pour livrer des gènes aux cellules pour la thérapie génique et telles s'approche, » a dit la bande. « Notre étude est la première de son genre pour regarder les aspects structurels de l'ADN-particule/de surface adjacente de lipide directement utilisant la diffusion des rayons X. Je crois que cette approche a la valeur significative comme plate-forme pour des investigations plus détaillées sur les systèmes réalistes importants pour ces applications biomédicales neuves des pairings d'ADN-nanoparticle, » Gang a dit.

Cette recherche était parrainée par le bureau de DAINE de la Science (BES).