Вирусы служат нанотехнологиям
05.12.2005
3398
0
33980
Одна из серьезных проблем, с которой сталкиваются разработки в области нанотехнологии, - это разброс размеров компонентов. Действительно, получить идентичные нанообъекты чрезвычайно сложно. Нанотрубки и нанопроволочки, предлагаемые в качестве элементов наноэлектронных приборов и устройств, несмотря на все усилия, имеют отличия по форме и/или размеру. Недавно был предложен неожиданный (наверно, для большинства читателей) подход к решению этой проблемы. Он заключается в использовании биологических объектов, имеющих заложенные Природой строго определенные размеры и форму. К успеху привели извечные враги человека вирусы, прекрасно работающие в качестве наноматриц для производства органических и неорганических наноматериалов или устройств [1].
Исследователи из Univ. California Riverside (США) [2] показали, что для нужд наноэлектроники хорошо подходит вирус табачной мозаики - TMV (листья зараженного табака приобретают специфические пятна, отсюда такое название). Кстати, первый вирус - и это был именно вирус табачной мозаики, содержащийся в соке больных растений, - открыл в 1892 г. русский микробиолог Д.И. Ивановский. Вирусы табачной мозаики имеют очень характерную структуру, напоминающую нанокабель – полые белковые трубки, внутри которых проходит “жила” из РНК.
Преимущества использования вирусов TMV заключаются в следующем: все частицы TMV одного типа идентичны по структуре, форме и размерам; вирионы (зрелые вирусы) TMV могут осуществлять самосборку и формировать определенные организованные структуры, например, цепи, соединяясь концами (“end-to-end”); они очень стабильны как в химическом, так и в физическом отношении и, наконец, их можно покрывать металлами, диоксидом кремния и полупроводниковыми материалами.
Вирусы (TMV-U1), представляющие собой наностержни длиной 300нм и диаметром 18 нм и имеющие внутренние аксиальные каналы диаметром 4 нм, были использованы авторами [2] как наноматрицы для получения гибридных наноструктур вирус/неорганический материал. Растения Nicotiana tabacum “Xanthi” специальным образом инфицировали вирусом, затем их выращивали в теплице в течение 7 недель, после чего вирусы извлекали из листьев. Их изображение, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии, приведено на рисунке. В верхней части виден отдельный 300нм вирус, а в нижней – естественная “end-to-end” сборка (поскольку вирусы TMV плохие проводники, для усиления контраста они были обработаны уранилацетатом).
Pt и Au покрытия наносили модифицированным химическим методом [3]. Специальным образом приготовленную суспензию TMV смешивали с водным раствором соли, содержащей платину (H2PtCl6), которую затем восстанавливали до металлической платины. Контролировали процесс с помощью электронного микроскопа - после добавления восстановителя (гидразингидрата) вдоль TMV начали собираться частицы платины, через 20 мин. вирус был покрыт почти полностью. Контроль через 7 дней показал, что все вирионы полностью покрыты металлом и абсолютно не повреждены!
В другом эксперименте была сделана попытка получить золотую нанопроволоку. Авторы [2] действовали в точном соответствии с методикой [3]. В кислой среде не осталось неповрежденных TMV. Тем не менее, образовались наночастицы Au, по-видимому, смешанные с элементами белка TMV.
Конечно, на пути создания «вирусных» наноматериалов для электроники есть свои трудности. Управлять процессом нанесения покрытия и контролировать качество довольно сложно. Взаимодействие прекурсора металла с вирусом, скорость формирования металлических частиц, их расположение и многое другое зависят от химической среды. Также очень важно правильно охарактеризовать получаемые структуры. Для этого авторы [2], кроме электронной микроскопии, предлагают использовать рамановскую спектроскопию, которая в последнее время стала успешно применяться для изучения биологических образцов. Действительно, данные микрорамановской спектроскопии, полученные в [2], показали воспроизводимые различия в спектрах исходных TMV, Pt-TMV и Au-TMV (в основном связанные с присутствием металлов на белковой оболочке вируса).
Литература:
1. Acta Mater., 2003, 51, 5867
2. Appl. Phys. Lett., 2005, 86, 253108
3. Nano Lett., 2003, 3, 413
О.Алексеева, http://www.nanonewsnet.ru
Исследователи из Univ. California Riverside (США) [2] показали, что для нужд наноэлектроники хорошо подходит вирус табачной мозаики - TMV (листья зараженного табака приобретают специфические пятна, отсюда такое название). Кстати, первый вирус - и это был именно вирус табачной мозаики, содержащийся в соке больных растений, - открыл в 1892 г. русский микробиолог Д.И. Ивановский. Вирусы табачной мозаики имеют очень характерную структуру, напоминающую нанокабель – полые белковые трубки, внутри которых проходит “жила” из РНК.
Преимущества использования вирусов TMV заключаются в следующем: все частицы TMV одного типа идентичны по структуре, форме и размерам; вирионы (зрелые вирусы) TMV могут осуществлять самосборку и формировать определенные организованные структуры, например, цепи, соединяясь концами (“end-to-end”); они очень стабильны как в химическом, так и в физическом отношении и, наконец, их можно покрывать металлами, диоксидом кремния и полупроводниковыми материалами.
Вирусы (TMV-U1), представляющие собой наностержни длиной 300нм и диаметром 18 нм и имеющие внутренние аксиальные каналы диаметром 4 нм, были использованы авторами [2] как наноматрицы для получения гибридных наноструктур вирус/неорганический материал. Растения Nicotiana tabacum “Xanthi” специальным образом инфицировали вирусом, затем их выращивали в теплице в течение 7 недель, после чего вирусы извлекали из листьев. Их изображение, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии, приведено на рисунке. В верхней части виден отдельный 300нм вирус, а в нижней – естественная “end-to-end” сборка (поскольку вирусы TMV плохие проводники, для усиления контраста они были обработаны уранилацетатом).
Pt и Au покрытия наносили модифицированным химическим методом [3]. Специальным образом приготовленную суспензию TMV смешивали с водным раствором соли, содержащей платину (H2PtCl6), которую затем восстанавливали до металлической платины. Контролировали процесс с помощью электронного микроскопа - после добавления восстановителя (гидразингидрата) вдоль TMV начали собираться частицы платины, через 20 мин. вирус был покрыт почти полностью. Контроль через 7 дней показал, что все вирионы полностью покрыты металлом и абсолютно не повреждены!
В другом эксперименте была сделана попытка получить золотую нанопроволоку. Авторы [2] действовали в точном соответствии с методикой [3]. В кислой среде не осталось неповрежденных TMV. Тем не менее, образовались наночастицы Au, по-видимому, смешанные с элементами белка TMV.
Конечно, на пути создания «вирусных» наноматериалов для электроники есть свои трудности. Управлять процессом нанесения покрытия и контролировать качество довольно сложно. Взаимодействие прекурсора металла с вирусом, скорость формирования металлических частиц, их расположение и многое другое зависят от химической среды. Также очень важно правильно охарактеризовать получаемые структуры. Для этого авторы [2], кроме электронной микроскопии, предлагают использовать рамановскую спектроскопию, которая в последнее время стала успешно применяться для изучения биологических образцов. Действительно, данные микрорамановской спектроскопии, полученные в [2], показали воспроизводимые различия в спектрах исходных TMV, Pt-TMV и Au-TMV (в основном связанные с присутствием металлов на белковой оболочке вируса).
Литература:
1. Acta Mater., 2003, 51, 5867
2. Appl. Phys. Lett., 2005, 86, 253108
3. Nano Lett., 2003, 3, 413
О.Алексеева, http://www.nanonewsnet.ru
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Последние комментарии
