美能源部西北太平洋國家實驗室研發新型納米管道材料
在生物學的啟發下，由PNNL(Pacific Northwest National Laboratory美國能源部西北太平洋國家實驗室)領導的科學家團隊創造了新的微型管道，可以幫助進行水的凈化和組織工程的研究。
由美國能源部西北太平洋國家實驗室的一個團隊領導的材料科學家設計了一個捲起來並拉鏈封閉的小管。
這些中空納米管比人的頭髮小几千倍，可以幫助水過濾，組織工程和許多其他應用。
根據PNNL的Chun-Long Chen的說法，這些管子是由位於細胞中的稱為微管的蛋白質結構所激發的。 「細胞的結構非常美麗，」一位設計和指導這個項目的材料化學家陳說。「我們想創建一個模擬微管結構的合成系統，並且對於各種技術應用來說足夠穩定。」
Chen，他的PNNL同事及其合作者本周在Nature Communications發表了他們的發現。
模仿微管
微管是一種微小的空心管，它能幫助DNA在細胞分裂過程中組織起來，並在細胞內形成穿梭的通道。
這些細胞道路是由長鏈蛋白質組成的，這些蛋白質聚集在一起，形成一個堅硬但中空的管道。微管具有統一但動態的結構，它們激發了像陳這樣的科學家。
陳的研究小組希望利用微管等微小的空心管，創造出一種堅固的水過濾系統，將鹽或其他分子捕捉到內部，讓純水從另一端流出。此外，他們希望通過研究幹細胞在這些管子上生長時的變化來監測幹細胞如何適應不同的環境。
但研究人員不能將微管本身用於這些項目。微管可能是剛性和響應性的，但它們也容易受溫度變化和微生物的影響。
Chen說，例如，「如果我們想用微管進行水過濾，你不想有一個可以被細菌吃掉的過濾器」。
所以這個團隊開始製造一種叫做類肽的類蛋白質分子的微管合成版本。類似於蛋白質，類肽由輕微變異的重複模式的構件組成，但類肽更穩定。
這些新型納米管以獨特的方式形成。首先，小的類肽顆粒聚集在一起形成一張紙。然後，片材在一端閉合併捲成無縫管。
納米工具包
為了表徵納米管的特性，科學家們使用了多種技術，包括先進光源和分子鑄造技術，這是勞倫斯伯克利國家實驗室的兩個DOE科學辦公室用戶設施。
陳和他的團隊發現這些納米管是高度可裁剪的。該組可通過調節管的組成或改變溶液的酸度來控制管的大小、直徑、厚度和硬度。
為了測試納米管的剛性，陳的團隊對單個納米管施加壓力並測量它們如何改變形狀。Chen說，這些管子的硬度介於生物組織和玻璃、雲母等較硬的物質之間，對於他希望做的實驗來說，它是很棒的。
但陳不想就此止步。對他來說，目標是創造一些在結構和功能上模仿自然的東西。
他說：「大自然給我們提供了各種各樣美麗的例子。魚類可以從海里吸收水，而無須擔心高鹽的情況。如果我們能夠通過構建含有納米管的人工細胞膜來模仿這種行為，我們就能解決當今世界面臨的一些重大問題。」
這項工作得到了能源部科學辦公室、PNNL和國家科學基金會的支持。
關於太平洋西北國家實驗室PNNL
太平洋西北國家實驗室的跨學科團隊 通過基礎科學和應用科學的進步，解決了美國在能源，環境和國家安全方面最迫切的問題。PNNL成立於1965年，現有員工4400人，年預算近10億美元。它由美國能源部 科學辦公室管理和運營 。作為美國物理科學基礎研究的最大支持者，科學辦公室正在努力解決我們這個時代最緊迫的挑戰。
參考來源：PNNL
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