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Os pesquisadores estudam aspectos estruturais da ADN-partícula/relação do lipido que usa directamente a dispersão de raio X

Caminho possível aos filtros ajustáveis, às superfícies com resposta mecânica variável, ou mesmo às maneiras novas entregar genes para aplicações biomedicáveis

Os cientistas que procuram maneiras de projectar o conjunto das partículas minúsculas que medem apenas billionths de um medidor conseguiram uma primeira- formação nova de uma única camada de nanoparticles em uma superfície do líquido onde as propriedades da camada pudessem facilmente ser comutadas. Compreender o conjunto de tais filmes finos nanostructured podia conduzir ao projecto de tipos novos dos filtros ou das membranas com uma resposta mecânica variável para uma vasta gama de aplicações. Além, porque os cientistas usaram costas sintéticas minúsculas do ADN para manter os nanoparticles unidos, o estudo igualmente oferece a introspecção no mecanismo das interacções dos nanoparticles e das moléculas do ADN perto de uma membrana do lipido. Esta compreensão podia informar o uso emergente dos nanoparticles como veículos para entregar genes através das membranas celulares.

“Nosso trabalho revela como os nanoparticles ADN-revestidos interagem e reorganizam em uma relação do lipido, e como esse processo afecta as propriedades “de um filme fino” feito de nanoparticles ADN-ligados,” disse o grupo de Oleg do físico que conduziu o estudo no centro para os Nanomaterials funcionais (CFN, http://www.bnl.gov/cfn/) no Ministério de E.U. do laboratório nacional do Brookhaven da Energia. Os resultados serão publicados na edição da cópia do 11 de junho de 2014 do jornal da sociedade de produto químico americano.

Como a molécula que leva a informação genética em coisas vivas, as costas sintéticas do ADN usadas como a “colagem” para ligar nanoparticles neste estudo têm uma tendência natural emparelhar-se acima de quando as bases que compo os degraus da torcer-escada deram forma ao fósforo da molécula acima em uma maneira particular. Os cientistas em Brookhaven fizeram o grande uso da especificidade desta força atractiva obter nanoparticles revestidos com as únicas costas do ADN do synthetic para emparelhar-se acima e montar em uma variedade de arquiteturas tridimensionais. O objetivo do estudo actual era considerar se a mesma aproximação poderia ser usada para conseguir projectos de filmes bidimensionais, um-partícula-grossos.

“Muitas das aplicações que nós prevemos para nanoparticles, tais como revestimentos ópticos e dispositivos de armazenamento fotovoltaico e magnético, exija a geometria planar,” disse Sunita Srivastava, um pesquisador pos-doctoral da universidade rochoso do ribeiro e autor principal no papel. Outros grupos de cientistas montaram tais planos dos nanoparticles, flutuando essencialmente os em uma superfície do líquido, mas estas disposições da único-camada têm tudo sido estático, ela explicaram. “Usar moléculas do linker do ADN dá-nos uma maneira de controlar as interacções entre os nanoparticles.”

Como descrito no papel, os cientistas demonstraram sua capacidade para conseguir monolayers diferentemente estruturados, de um viscoso fluido-como a disposição a um elástico malha-e a um interruptor ligados mais firmemente tecidos entre aqueles diferentes estado-por variar a força do emparelhamento entre costas complementares do ADN e de ajustar outras variáveis, incluindo a carga electrostática na superfície líquida do conjunto e a concentração de sal.

Quando a superfície que se usaram, um lipido, tem uma carga positiva forte atraia negativamente - as costas cobradas do ADN que revestem os nanoparticles. Que atracção electrostática e a repulsa entre negativamente - as moléculas cobradas do ADN que cercam nanoparticles adjacentes derrubam a força atractiva entre bases complementares do ADN. Em conseqüência, as partículas formam um monolayer viscoso deflutuação um pouco frouxamente posto. Adicionar o sal muda as interacções e supera a repulsa entre costas como-cobradas do ADN, permitindo que os pares baixos combinem acima e liguem os nanoparticles junto mais pròxima, primeiramente formando corda-como disposições, e com mais sal, um mais contínuo contudo elástico malha-como a camada.

“O mecanismo desta transição de fase não é óbvio,” disse o grupo. “Não se pode compreender das interacções da repulsa-atracção apenas. Com a ajuda da teoria, nós revelamos que há uns efeitos colectivos das correntes flexíveis do ADN que conduzem o sistema nos estados particulares. E é somente possível quando as dimensão das partículas e os tamanhos da corrente do ADN são comparável-no pedido de 20-50 nanômetros,” ele disse.

Como parte do estudo, os cientistas examinaram as configurações diferentes dos nanoparticles sobre a camada líquida usando a dispersão de raio X no Synchrotron nacional fonte luminosa de Brookhaven (NSLS, http://www.bnl.gov/ps/nsls/about-NSLS.asp). Igualmente transferiram o monolayer produzido em cada concentração de sal a uma superfície contínua assim que poderiam visualizá-la que usa a microscopia de elétron no CFN.

“Criar estes monolayers da partícula em uma relação líquida é muito conveniente e porque a estrutura bidimensional das partículas é muito “fluida” e pode ser facilmente manipular-ao contrário sobre de uma carcaça contínua, onde as partículas possam facilmente obter coladas à superfície,” Grupo eficaz disse. “Mas em algumas aplicações, nós podemos precisar de transferir a camada montada a uma superfície tão contínua. Combinando a dispersão do synchrotron e a imagem lactente da microscopia de elétron nós poderíamos confirmar que transferência pode ser feita com rompimento mínimo ao monolayer.”

A natureza switchable dos monolayers pôde ser particularmente atractiva para aplicações tais como as membranas usadas para a purificação e as separações, ou para controlar o transporte de molecular ou da nano-escala objeta através das relações líquidas. Por exemplo, disse o grupo, quando as partículas são ligadas mas se movem livremente na relação, elas pode permitir um objeto-um molécula-à passagem através da relação. “Contudo, quando nós induzimos enlaces entre partículas para formar a malha-como a rede, nenhum objeto maior do que o malha-tamanho da rede não pode penetrar através deste filme muito fino. ”

“Em princípio, nós podemos mesmo pensar sobre tais redes reguladas por encomenda para ajustar dinâmicamente o tamanho de malha. Porque, do tamanho-regime do nanoscale, nós pudemos prever usar tais membranas para proteínas de filtração ou outros nanoparticles,” disse.

Compreender como os nanoparticles ADN-revestidos sintéticos interagem com uma superfície do lipido pode igualmente oferecer a introspecção em como tais partículas revestidas com os genes reais puderam interagir com a pilha de membrana-que são compor pela maior parte lipido-e um com o outro em um ambiente do lipido.

“Outros grupos consideraram usar nanoparticles ADN-revestidos para detectar genes dentro das pilhas, ou mesmo para entregar genes às pilhas para a terapia genética e as tais aproxima-se,” disse o grupo. “Nosso estudo é o primeiro de seu tipo para olhar os aspectos estruturais da ADN-partícula/relação do lipido que usa directamente a dispersão de raio X. Eu acredito que esta aproximação tem o valor significativo como uma plataforma para umas investigações mais detalhadas dos sistemas realísticos importantes para estas aplicações biomedicáveis novas de pairings do ADN-nanoparticle,” Grupo disse.

Esta pesquisa foi patrocinada pelo escritório da GAMA da ciência (BES).