Новости химической науки > Биологические инструменты придают кристаллам форму

Исследователи из США разработали новый подход для контроля роста кристаллов, позаимствовав инструменты у биологии.

Ю Хуанг (Yu Huang) из Университет Калифорнии (Лос Анжелес) отмечает, что поведение некоторых кристаллических материалов может различаться в зависимости от строения их поверхности, поэтому, по его словам, использование биологически активных молекул для получения однородных кристаллов строго определенной формы может существенно увеличить, например, каталитическую активность гетерогенных катализаторов на основе таких кристаллических материалов.

Существует метод кэппирования (capping method), с помощью которого кристаллы формируются за счет связывания молекул с определенными гранями, что ингибирует их рос и стимулирует атомы располагаться на свободных от помех поверхностях.

Рисунок из Nature Chemistry, 2011, DOI: 10.1038/nchem.1025

Кэппирующие молекулы должны распознавать незначительные различия в структуре поверхности различных граней кристалла. Например, атомы на поверхности кристалла платины кубической формы характеризуются кубическим гранецентрированным расположением, в то время как для тетраэдрического кристалла обычной является гексагональная конфигурация атома платины. Благодаря счастливой случайности исследователям из группы Ю Хуанга удалось найти новый подход для регулирования роста кристаллов определённой формы.

Исследователи из группы Хуанга проанализировали результаты биохимической эволюции, сформировавшей в итоге молекулы, обладающие предпочтениями в связывании с поверхностями определенного сорта. Они использовали методику, основанную на том, что геномы, ответственные за экспрессию различных последовательностей пептидов встраивали в ДНК вирусов.

Такие пептиды входят в состав белковой оболочки вирусов, соответственно изучение взаимодействие вирусов с определенными гранями кристаллов позволяло исследователям выяснить, насколько прочно они связываются с кристаллами платины различного типа. В результате исследования было выбрано два типа пептидных последовательностей, один из которых прочно связывается с кубическими кристаллами платины, а другой – с тетраэдрическими.

Для получения кристаллов пептиды ввели в раствор, содержащий хлорплатиновую кислоту, которую затем восстанавливали боргидридом натрия, инициируя ост кристаллов. По истечении 30 минут с одной пептидной последовательностью были связаны исключительно идентичные кристаллы платины кубической формы, а с другой – тетраэдрической. Размерности кубических кристаллов составляли около 7,5 нм.

Несмотря на то, что точный механизм связывания пептидов с платиной неизвестен, исследователи полагают, что в образовании тетраэдрических кристаллов платины играют важную роль ароматические фрагменты пептида, а в образовании кубических кристаллов - атомы кислорода гидроксильных групп.

Сара Скабалак (Sara Skrabalak) из Университета Индианы отмечает, что результаты новой работы могут привести создания новых поверхностей с высокой реакционной способностью, ранее недоступных для получения нанокристаллов классическими методами. Она добавляет, что было бы любопытно наблюдать за развитием этого метода.

Источник: Nature Chemistry, 2011, DOI: 10.1038/nchem.1025

метки статьи: #биохимия, #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров