Прозрачные наносферы, образовавшиеся в результате самоорганизации простых защищенных дипептидов, оказались самым твердым из известных в настоящее время органических материалов.

Группа исследователей из Израиля, получивших пептидные наносферы, отмечает, что их механические свойства превосходят свойства стали и полимера, применяющегося для производства легких средств индивидуальной защиты – Кевлара.

Итаи Руссо (Itay Rousso) из Научного Института Вейцманна в Реховоте поясняет, что когда исследователи измеряли твердость полученных наночастиц, единственным материалом, который смог оставить царапины на поверхности наносфер, был алмаз. Он добавляет, что как он, так и его коллеги были чрезвычайно удивлены, получив столь прочный материал из биологически активных молекул.

Рис. 1. Изображения наносфер, полученные с помощью атомно-силового микроскопа. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.201002037).

Исследовательские группы Руссо и Эхуда Газита (Ehud Gazit) из Университета Тель-Авива занялись разработкой этого проекта из-за того, что наноструктуры, в том числе и производные биологически активных молекул, являются перспективными системами для армирования композитных материалов. Такие композитные материалы могут потенциально применяться в различных инженерно-технических проектов будущего – от «космических лифтов» до медицинских имплантатов. Руссо заявляет, что полученные сферы могут быть отличными армирующими материалами, однако от их открытия до практического применения надо пройти еще долгий путь.

Исследователи получили сферы из N-трет-бутоксикарбонилзащищеного дифенилаланина; без введения защиты эта аминокислота является одной из наиболее распространенных аминокислот в составе β-амилоидных белков, образующих в мозгу бляшки, которые являются причиной возникновения болезни Альцгеймера. Ранее Газит с соавторами получал нанотрубки, являющиеся результатом самоорганизации защищенного дипептида; оказалось, что небольшого изменения условий их самоорганизации достаточно, чтобы получить материал, с модулем Юнга (модуль Юнга – коэффициент, характеризующий сопротивление материала растяжению/сжатию при упругой деформации) на порядок большим, чем у первоначально полученных пептидных нанотрубок.

Диаметр полученных сфер лежит в пределах от 30 нм до 2 мкм, они полые, однако диаметр полости израильские ученые не смогли определить. Поскольку модуль Юнга не зависит от толщины материала, в качестве критерия, характеризующего сопротивляемость новых сфер деформации был выбран именно он, и измерения показали, что частицы диаметром 1 мкм, толщина оболочки которых по грубым оценкам составляет 0,4 мкм, храктеризуется модулем Юнга 275 гигапаскаль (для кевлара модуль Юнга составляет 130 гигапаскаль, а для стали – 200–210 гигапаскаль).

Руссо и Газит полагают, что, как и для кевлара, прочность материала объясняется тем, что оба материала образовано плоскими молекулами, которые ориентируются параллельно друг другу своими ароматическими фрагментами, образуя сетку прочных π-π-стекинг взаимодействий. Тем не менее, это всего лишь предположение, которое пока еще не подтверждено, хотя уже сейчас известно, что органические молекулы, образующие сферы, находятся в высокоупорядоченном состоянии.

Кеннет Войцеховский (Kenneth Woycechowsky), специалист по самоорганизации белка из Университета Юта отмечает, что, вероятно строение наносфер будет зависеть от уровня pH, что ограничит возможность их применения, хотя с другой стороны, по его мнению, зависимость строения от рН можно рассматривать как возможность управления свойствами материалов за счет варьирования условий. Войцеховский считает, что в любом случае Газит и Руссо сделали удивительное открытие.

По материалам: