Специалисты из Северо-Западного университета (США) впервые наблюдали образование кристаллов в растворе заряженных пептидных нановолокон, помещенном под синхротронное рентгеновское излучение.

Исследователи проводили эксперименты в Национальной лаборатории США в Аргонне (штат Иллинойс), в ходе которых работали над созданием новых синтетических материалов. В синхротроне они воздействовали на пептиды (небольшие последовательности аминокислот) рентгеновскими лучами. Открытие американских физиков стало ещё одним в череде случайных, но значимых. Однажды они заметили, что при приложении к раствору рентгеновских лучей он становился то прозрачным, то матовым.

Пептиды по-разному рассеивали излучение, — рассказывает один из авторов работы Хунган Цуй (Honggang Cui). – Рентгеновские лучи превращали хаотичную среду в упорядоченную.

Позже специалисты выяснили, что образуется новый тип кристаллов – заряженные цилиндрические волокна располагаются в пространстве, подобно набору карандашей, которые расталкивают электростатические силы.

Внутри нашего кристалла располагаются своеобразные океаны воды, занимающие 99% структуры, – поясняет глава нынешнего исследования Сэмюэль Стапп (Samuel Stupp)

Обычно формирование кристаллических структур происходит под действием атомных и молекулярных сил притяжения.

Данное исследование преподнесло нам сюрприз. Эти заряженные волокна хоть и отталкиваются, но тем временем самоорганизуются в кристаллы, — говорит Стапп.

Такого учёные ещё никогда не наблюдали. Хотя похожее явление имеет место в живой природе, например, в цитоскелете клеток, отмечают учёные в статье в журнале Science.

Структура пептида и нановолокон (иллюстрация авторов работы)

Рентгеновские лучи увеличивают заряд пептидных волокон, и электростатические силы отталкивания стимулируют кристаллизацию (гексагональная упаковка нановолокон). Постепенно «палочки» выстраиваются в трёхмерную сеть, которая и удерживает их в этом положении. Расстояние между волокнами составляет около 32 нанометров, что значительно больше среднестатистических 5 нанометров.

Кристаллы «рассыпаются» спустя несколько часов после исчезновения рентгеновского излучения (при этом оно почти не разрушает материал). Любопытен и ещё один факт: когда концентрация заряженных волокон превышает некое пороговое значение, формирование кристаллов происходит в отсутствие рентгеновских лучей.

Авторы надеются на то, что дальнейшее изучение этого явления приведет к разработке новых методик использования рентгеновского излучения в биомедицине и литографии.