​Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Италии и Швеции исследовали свойства наночастиц золота, покрытых пептидами — небольшими аминокислотными цепочками.

Такое строение определяет особенности устойчивости, динамики и сборки частиц в стабильные структуры. Полученные данные важны для разработки металлических имплантатов и высокочувствительных наносенсоров. Первая работа опубликована в журнале Nano Research. В своём следующем исследовании учёные сконцентрировались на свойствах наночастиц из нитрида титана — перспективного недорогого материала для создания современных фотонных устройств.

Свойства наноразмерных объектов сильно отличаются от свойств тех веществ, с которыми мы встречаемся в обычной жизни. Например, они могут самоорганизовываться, то есть группироваться в определённом порядке. Понимать механизмы того, как это происходит (как физических, так и химических), нужно для создания новых материалов и устройств. В новой работе учёные исследовали наночастицы из золота с прикреплёнными к их поверхности короткими пептидами. Методы компьютерного моделирования позволили им раскрыть механизмы, недоступные для изучения в ходе традиционных экспериментов.

«Мы изучили взаимодействия между поверхностью металлических наночастиц и биомолекулами, такими как аминокислоты, пептиды и белки. Мы использовали метод атомистического компьютерного моделирования динамики объекта, при котором можно различить каждый атом большой системы с высокой точностью», — рассказывает один из авторов работы, профессор Ханс Арвид Огрен.

Результаты работы на атомном уровне показали все детали, касающиеся механизмов присоединения пептидов к поверхности золотых наночастиц, стабилизации получившейся системы, а также её самосборки. Оказалось, что способные к реакции группы аминокислот (-COOH, -SH, -NH2) могут образовывать химические связи с золотом. Кроме того, между молекулами прикреплённых пептидов есть электростатическое (между заряженными фрагментами) и гидрофобное (между незаряженными фрагментами, стремящимися уйти от контакта с окружающей водой) взаимодействие. Это играет важную роль в образовании структурированных агрегатов. Изменения формы пептидов, распределение зарядов при их взаимодействии — всё это может как способствовать, так и препятствовать формированию устойчивой системы. Само наличие неких объёмных молекул на поверхности наночастиц определяет особенности того, как они взаимодействуют с окружением, в частности, с водным раствором. Так, пептиды защищают их от прямого контакта с водой и с другими наночастицами. Это накладывает определённые ограничения на создание материалов и наноразмерных приборов.

«Понимание тонких механизмов взаимодействия наночастиц друг с другом и с присоединенными к их поверхности биомолекулами открывает новые перспективы в разработке конструкций для двух основных областей. Во-первых, это более совершенные биосовместимые материалы для металлических имплантатов. Во-вторых, это дизайн гибридных наносенсоров, позволяющих с высокой точностью детектировать даже отдельные молекулы», — прокомментировал работу Огрен.

В своей следующей работе учёные сконцентрировались на исследовании свойств наночастиц из нитрида титана (TiN). По сравнению с обычно применяемым в таких случаях золотом наночастицы из нитрида титана и дешевле, и устойчивее к температуре. Это перспективный материал для создания современных фотонных устройств. Более того, внутренние особенности TiN позволяют установить частоту колебания наночастиц, применяемую для большинства современных цифровых микросхем в телекоммуникации.

Добавим, работа выполнена сотрудниками Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Института химии органометаллических материалов в Италии, Королевского технологического института в Швеции и Института химико-физических процессов в Италии.

Источники

Ученые СФУ выясняли механизм присоединения биомолекул к золоту
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 17/07/2018
Ученые СФУ выясняли механизм присоединения биомолекул к золоту
Сибирский федеральный университет (sfu-kras.ru), 17/07/2018

Похожие новости

  • 14/11/2016

    Ученые из Красноярска сделают алюминиевое производство более экологичным

    ​Ученые СФУ совместно с коллегами из Института химии и химической технологии СО РАН ведут исследования по созданию нового материала - автоклавного угольного пека для производства электродов. По словам технического директора РУСАЛа Виктора Манна, осуществляющего непосредственное руководство работой, внедрение "экологичного" пека на алюминиевых заводах позволит значительно улучшить состояние воздуха, достигнуть нормативных показателей по выбросам вредных веществ в окружающую среду.
    1638
  • 21/04/2017

    Красноярские физики получили нанодисперсные порошки для создания аккумуляторов водорода

    Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.
    1398
  • 17/06/2017

    Сорбент для ликвидации нефтяного загрязнения почвы разработали в Красноярске

    ​Биосорбент для ликвидации нефтяного загрязнения почвы и восстановления растительного покрова разработали ученые из Сибирского государственного университета имени Решетнева (СибГУ). Его использование особо актуально для северных территорий.
    1070
  • 15/09/2018

    Красноярские ученые изобрели универсальные тест-системы для поиска вредных веществ

    ​Ни для кого не секрет, что Красноярск и Норильск входят в число самых загрязнённых городов России. Загрязнённость воздуха, водных ресурсов и почвы промышленными выбросами наносит большой урон здоровью населения.
    404
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    979
  • 06/04/2016

    Красноярские ученые создали новый ювелирный сплав

    ​Группа учёных-металлургов Сибирского федерального университета под руководством профессора Николая Довженко создала гипоаллергенный ювелирный сплав на основе палладия 850 пробы с добавками золота, родия и серебра.
    1057
  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    215
  • 18/01/2019

    В СФУ разрабатывают метод оценки самовозгорания бурого угля

    ​Аспиранты Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ создают эффективную расчётно-экспериментальную методику оценки самовозгорания бурых углей при их хранении и транспортировке. Изучаются реакционные свойства угольного топлива, создана трёхмерная математическая модель процессов тепломассопереноса с учётом химического реагирования.
    739
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    200
  • 21/01/2019

    Ученые исследовали биологическую активность углеродных наноструктур

    ​​Ученые Института биофизики Сибирского отделения Российской академии наук и Сибирского федерального университета исследовали биологическую активность углеродных наноструктур искусственного и естественного происхождения.
    789