استفاده از اشعه ایکس در بلوری کردن نانوساختارها

گروهی از محققان آمریکایی دریافتند زمانی که نانوساختارهای پپتیدی با غلظت مناسب درون آب پخش می‌شوند، به‌صورت خودبه‌خودی و یا با کمک اشعه ایکس به شکل خوشه‌های شش‌وجهی بلوری متراکم شده و خودآرایی می‌کنند.

گاهی اوقات آزمایش‌های انجام شده می‌توانند
منجر به کشف‌های غیرمنتظره شوند. گروهی از محققان دانشگاه نورث وسترن در
حین انجام آزمایش‌های خود به چنین کشفی دست یافته و رفتار جالب توجهی از
نانوساختارهای پپتیدی (به شکل رشته‌های ابرمولکولی) را مشاهده کرده‌اند.
این محققان در حالی که تلاش می‌کردند سازمان سلسله‌مراتبی این
نانوساختارهای پپتیدی را درک کنند، دریافتند زمانی که این ساختارها با غلظت
مناسب درون آب پخش می‌شوند، به شکل خوشه‌های شش‌وجهی بلوری متراکم شده و
خودآرایی می‌کنند. جالب‌تر اینکه تابش اشعه ایکسی که برای مطالعه این
نانوساختارها استفاده می‌شود نیز گاهی اوقات موجب بلوری شدن این رشته‌ها می‌شود.
شاید این مطالعه درک ما از نانوساختارهای زیستی را تغییر داده و توانایی ما
در کنترل ساختار مواد را افزایش دهد.

 

رشته‌هایی که در این مطالعه استفاده شدند،
دارای قطر 10 نانومتر و طول چند ده میکرومتر بودند. این رشته‌ها از یک
مولکول سنتزی مشتق می‌شوند که از توالی یک پپتید کوتاه تشکیل شده است. این
پپتید از شش مولکول اسید آمینه آلانین ساخته می‌شود که به سه مولکول
گلوتامیک اسید وصل شده‌ (Ala6Glu3) و در نهایت به یک مولکول آلکیل پیوند
یافته است. ابرمولکول‌های حاصل در آب خودآرایی کرده و به شکل رشته‌ای درمی‌آیند.

آزمایش‌های زیادی برای فهمیدن آرایش رشته‌های پخش شده در آب طراحی شده‌اند.
غلظت‌های متفاوتی از این مولکول داخل یک لوله کوارتزی کوچک به قطر 2 میلی‌متر
قرار داده شده و با استفاده از تفرق اشعه ایکس با زاویه کوچک (SAXS) مورد
مطالعه قرار گرفتند. غلظت نمونه‌های تهیه شده بین 0/5 تا 5 درصد وزنی بود.
اطلاعات به دست آمده از SAXS نشان دادند که در تمام نمونه‌ها رشته‌ها به
شکل خوشه‌های شش‌ضلعی خودآرایی می‌کنند. آرایش این رشته‌ها به شکل خوشه‌های
شش‌ضلعی بلوری بسیار جالب است. اما جالب‌تر این است که غلظت‌های بالای این
مولکول (2 تا 5 درصد وزنی) به طور خودبه‌خودی خودآرایی می‌کنند، در حالی که
غلظت‌های پایین‌تر (0/5 و 1 درصد وزنی) برای خودآرایی نیاز به تابش اشعه
ایکس دارند. این نوع از خودآرایی، چه به صورت خودبه‌خودی و چه با کمک اشعه
ایکس قبلاً در سامانه‌های ابرمولکولی دیگر مشاهده نشده بود.

ویژگی بسیار جالب خودآرایی با کمک اشعه ایکس، برگشت‌پذیر بودن آن است که با
چشم غیرمسلح قابل مشاهده است. تابش اشعه ایکس به مدت مجموعاً 200 ثانیه به
یک محلول با غلظت 1 درصد وزنی، آن را از حالت شفاف به کدر تبدیل می‌کند که
نشانه بلوری شدن است. پس از قطع اشعه ایکس، محلول کدر به تدریج شفاف‌تر شده
و در مدت 40 دقیقه به حالت کاملاً شفاف اولیه برمی‌گردد که نشان‌دهنده
برگشت به حالت غیربلوری است.

جزئیات این تحقیق در مجله Science منتشر شده است.