Kultananoklusterit kykenevät tunnistamaan kiraalisia biomolekyylejä. Ominaisuus voi auttaa havaitsemaan niiden avulla tiettyjä sairauksia suoraan verestä.
Löydön tekivät Jyväskylän yliopiston tutkijat, joiden tulokset on julkaistu ACS Nano -lehdessä.
Kultaklustereiden ulkopinta on usein kiraalinen eli kierteinen. Tämän vuoksi niiden voidaan olettaa sitovan ympäristön kiraalisia biomolekyylejä, kuten aminohappoja tai dna:ta.
Sitominen tapahtuisi eri tavoin riippuen sekä molekyylien kemiallisesta rakenteesta että klusterin kierteisyyden suunnasta.
”Halusimme testata tämän oletuksen mahdollisimman perusteellisesti, joten toteutimme laajan laskennallisen tutkimuksen”, kertoo professori Hannu Häkkinen Jyväskylän yliopistosta.
Satoja simulointeja supertietokoneella
Tutkimuksessa käytiin läpi lähes sata erilaista klusterin ja biomolekyylin yhdistelmää, joiden atomirakennetta simuloitiin molekyylidynamiikan avulla.
Biomolekyylien sitoutumista klusteriin biologisessa ympäristössä ja sen vaikutusta klusterien kiraalisiin optisiin ominaisuuksiin tutkittiin elektronirakenneteorian pohjalta.
Tulosten tilastollisen luotettavuuden varmistamiseksi tarvittiin yhteensä liki 300 yksittäistä tietokoneajoa.
Simuloinnit tehtiin suomalaisen CSC:n hallinnoimalla yhteiseurooppalaisella Lumi-supertietokoneella.
Tunnistivat biomolekyylejä valikoivasti
Tutkimuksessa havaittiin selviä eroja eri yhdistelmien kierteisten pintojen välisessä vuorovaikutuksessa.
Vuorovaikutus osoittautui valikoivaksi, sillä biomolekyyli sitoutui vain muutamissa yhdistelmissä klusterin pintaan niin vahvasti, että se kykeni muuttamaan klusterin kiraalista optista vastetta.
Tutkimus ennustaa, että ominaisuutta voidaan hyödyntää kehitettäessä biologisessa ympäristössä toimivia sensoreita kiraalisille biomolekyyleille. Tällaiset sensorit voisivat tunnistaa verestä tiettyihin sairauksiin liittyviä merkkiaineita.
”Simulointien tulokset ovat erittäin lupaavia ja perustuvat periaatteessa yksinkertaiseen, laboratorioissa helposti testattavaan ideaan”, Häkkinen kertoo.
”Olemme jo olleet yhteydessä kansainvälisen tutkimusverkostomme kokeellisiin ryhmiin, ja toivomme heidän innostuvan testaamaan ennusteitamme käytännön laboratoriomittauksissa.”
Atomintarkkoja rakenteita
Kultananoklusterit ovat muutaman nanometrin kokoisia atomintarkkoja nanorakenteita. Niiden sisällä on metallinen kultaydin, joka on suojattu orgaanisten ligandimolekyylien kerroksella.
Ligandimolekyylien kemiallinen luonne määrittää klustereiden liukoisuuden eri ympäristöissä ja mahdollistaa klusterin orgaanisen ulkopinnan toiminnallisuuden ja vuorovaikutukset ympäristön kanssa.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
