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I ricercatori studiano gli aspetti strutturali della DNA-particella/interfaccia del lipido direttamente facendo uso dello scattering dei raggi x

Via possibile ai filtri regolabili, alle superfici con la risposta meccanica variabile, o persino ai nuovi modi consegnare i geni per le applicazioni biomediche

Gli scienziati che cercano i modi costruire il montaggio delle particelle minuscole che misurano appena i billionths di un metro hanno raggiunto una nuova formazione prima- di a un solo strato delle nanoparticelle su una superficie liquida in cui i beni del livello possono essere passati facilmente. La comprensione del montaggio di tali pellicole sottili nanostructured ha potuto piombo alla progettazione di nuovi generi di filtri o di membrane con una risposta meccanica variabile per una vasta gamma di applicazioni. Inoltre, perché gli scienziati hanno usato i fili sintetici minuscoli di DNA per tenere insieme le nanoparticelle, lo studio egualmente offre la comprensione nel meccanismo delle interazioni delle nanoparticelle e delle molecole del DNA vicino ad una membrana del lipido. Questa comprensione ha potuto informare l'uso emergente delle nanoparticelle come veicoli per la consegna dei geni attraverso le membrane cellulari.

“Il nostro lavoro rivela come le nanoparticelle DNA-rivestite interagiscono e riorganizzano ad un'interfaccia del lipido e come quel trattamento pregiudica i beni “di una pellicola sottile„ fatta delle nanoparticelle DNA-collegate,„ ha detto il gruppo di Oleg del fisico che piombo lo studio al centro per i Nanomaterials funzionali (CFN, http://www.bnl.gov/cfn/) al Dipartimento per l'energia di Stati Uniti il laboratorio nazionale del Brookhaven. I risultati saranno pubblicati nell'edizione della stampa dell'11 giugno 2014 del giornale della società di prodotto chimico americano.

Come la molecola che porta le informazioni genetiche nelle cose viventi, i fili del DNA del sintetico usati come “colla„ per legare le nanoparticelle in questo studio hanno una tendenza naturale ad accoppiare su quando le basi che compongono i gradini della torcere-scala hanno modellato la corrispondenza della molecola su in un modo particolare. Gli scienziati a Brookhaven hanno fatto il grande uso della specificità di questa forza attraente ottenere le nanoparticelle ricoperte di singoli fili del DNA del sintetico per accoppiare su e montare in varie architetture tridimensionali. Lo scopo dello studio presente era di vedere se lo stesso approccio potesse essere usato per raggiungere le progettazioni delle pellicole bidimensionali e un-particella-spesse.

“Molte delle applicazioni che prevediamo per le nanoparticelle, quali i rivestimenti ottici ed i dispositivi di archiviazione fotovoltaici e magnetici, richieda la geometria planare,„ ha detto Sunita Srivastava, un ricercatore postdottorale di Stony Brook University e l'autore principale sul documento. Altri gruppi di scienziati hanno montato tali piani delle nanoparticelle, essenzialmente facente li galleggiare su una superficie liquida, ma queste schiere a un solo strato hanno tutti stati statici, lei hanno spiegato. “Facendo uso delle molecole del linker del DNA ci dà un modo gestire le interazioni fra le nanoparticelle.„

Come descritto nel documento, gli scienziati hanno dimostrato la loro capacità di raggiungere gli strati monomolecolari diversamente strutturati, da una schiera del tipo di fluida viscosa ad un elastico maglia-e ad un'opzione uniti con legami atomici incrociati più strettamente tessuti fra quelli differenti stato-dalla variazione della resistenza dell'accoppiamento fra i fili complementari del DNA e di regolazione delle altre variabili, compreso la carica elettrostatica sulla superficie liquida dell'installazione e la concentrazione di sale.

Quando la superficie che hanno usato, un lipido, ha una forte carica positiva attira negativamente - i fili fatti pagare del DNA che ricoprono le nanoparticelle. Che attrazione elettrostatica e la repulsione fra negativamente - le molecole fatte pagare del DNA che circondano le nanoparticelle adiacenti sopraffanno la forza attraente fra le basi complementari del DNA. Di conseguenza, le particelle formano uno strato monomolecolare viscoso di fluttuazione piuttosto senza bloccare allineato. L'aggiunta del sale cambia le interazioni e che sormonta la repulsione fra i fili come-fatti pagare del DNA, permettendo che le coppie di basi abbinino su e colleghino insieme le nanoparticelle più molto attentamente, in primo luogo formando le schiere del tipo di stringa e con più sale, un livello del tipo di maglia più solido eppure più elastico.

“Il meccanismo di questa transizione di fase non è ovvio,„ ha detto il gruppo. “Non può essere capito dalle interazioni dell'repulsione-attrazione da solo. Con l'aiuto della teoria, riveliamo che ci sono effetti collettivi delle catene flessibili del DNA che determinano il sistema negli stati particolari. Ed è soltanto possibile quando le dimensioni delle particelle e le dimensioni della catena del DNA sono comparabile-sull'ordine di 20-50 nanometri,„ lui ha detto.

Come componente dello studio, gli scienziati hanno esaminato le configurazioni differenti delle nanoparticelle sopra lo strato liquido facendo uso dello scattering dei raggi x alla sorgente luminosa del sincrotrone nazionale di Brookhaven (NSLS, http://www.bnl.gov/ps/nsls/about-NSLS.asp). Egualmente hanno trasferito lo strato monomolecolare prodotto ad ogni concentrazione nel sale ad una superficie solida in modo da potrebbero prevederlo facendo uso di microscopia elettronica al CFN.

“Creare questi strati monomolecolari della particella ad un'interfaccia liquida è molto conveniente ed efficace perché la struttura bidimensionale delle particelle è molto “fluida„ e può essere facilmente manipolare-a differenza sopra di un substrato solido, in cui le particelle possono rimanere facilmente incastrate alla superficie,„ Gang ha detto. “Ma in alcune applicazioni, possiamo avere bisogno di di trasferire il livello montato a così superficie solida. Combinando lo scattering del sincrotrone e la rappresentazione di microscopia elettronica potremmo confermare che il trasferimento può essere fatto con rottura minima nello strato monomolecolare.„

La natura scambiabile degli strati monomolecolari potrebbe essere particolarmente attraente per le applicazioni quali le membrane utilizzate per depurazione e le separazioni, o gestire il trasporto di molecolare o del nano-disgaggio obietta attraverso le interfacce liquide. Per esempio, ha detto il gruppo, quando le particelle sono collegate liberamente ma si muovono all'interfaccia, essi può permettere un oggetto-un molecola-al passaggio attraverso l'interfaccia. “Tuttavia, quando induciamo i legami fra le particelle per formare una rete del tipo di maglia, alcun oggetto più grande della maglia-dimensione della rete non può penetrare attraverso questa pellicola molto sottile. „

“In linea di principio, possiamo anche pensare a tali reti regolamentate a vista per regolare dinamicamente la maglia. Poiché, del dimensione-regime del nanoscale, potremmo prevedere di per mezzo di tali membrane per le proteine di filtrazione o altre nanoparticelle,„ ha detto.

La comprensione come le nanoparticelle DNA-rivestite sintetiche interagiscono con una superficie del lipido può anche offrire la comprensione in come tali particelle ricoperte di geni reali potrebbero interagire con la cella di membrana-cui in gran parte sono composti lipido-e tra loro in un ambiente del lipido.

“Altri gruppi hanno considerato facendo uso delle nanoparticelle DNA-rivestite di individuare i geni all'interno delle celle, o persino per la consegna dei geni alle celle per terapia genica e tali approcci,„ ha detto il gruppo. “Il nostro studio è il primo del suo genere per esaminare gli aspetti strutturali della DNA-particella/interfaccia del lipido direttamente facendo uso dello scattering dei raggi x. Credo che questo approccio abbia valore significativo come piattaforma per le indagini più dettagliate sui sistemi realistici importanti per queste nuove applicazioni biomediche dei pairings di DNA-nanoparticella,„ Gang ha detto.

Questa ricerca è stata patrocinata dall'ufficio della DAINA di scienza (BES).