Der Einfluss der Peptoidsequenz auf die Mechanismen und Kinetik der 2D-Assemblierung

Zweidimensionale (2D) Materialien haben einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften und Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen. Peptoide, eine Art Molekül, bilden eine Klasse von sequenzdefinierten Polymeren, die biologische Verbindungen nachahmen und sich selbst zu 2D-Kristallschichten mit ungewöhnlichen Eigenschaften wie hoher chemischer Stabilität und der Fähigkeit zur Selbstreparatur zusammensetzen können.

Eine Studie, veröffentlicht In ACS Nanountersucht die Wirkung von Peptoidsequenzen auf die Mechanismen und die Kinetik ihrer 2D-Assemblierung auf Glimmeroberflächen und wie molekulare Wechselwirkungen die Assemblierungskinetik verändern.

2D-Materialien bieten großes Potenzial für eine Vielzahl von Anwendungen in Bereichen wie chemische Sensorik, Katalyse, Energiespeicherung und Biomedizin. Daher wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Mechanismen und die Kinetik ihrer Entstehung zu untersuchen, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Die Ergebnisse dieser Studie lassen darauf schließen, dass Sequenzdetails, die Position geladener Gruppen und Wechselwirkungen mit dem darunter liegenden Substrat die thermodynamische Stabilität und die Montagekinetik dieser Materialien erheblich beeinflussen.

Die Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der Peptoidsequenz und den Mechanismen ihrer Assemblierung sowie der daraus resultierenden Strukturen trägt dazu bei, kritische Wissenslücken zu schließen und öffnet Türen für künftige Studien zur Co-Assemblierung mit funktionellen Komponenten.

Aufgrund ihres breiten Anwendungsspektrums in vielen Bereichen besteht ein großes Interesse an kontrollierten Synthesewegen für 2D-Materialien. Eine solche Materialklasse sind 2D-Ansammlungen von Peptoiden, deren Struktur der von Peptiden ähnelt.

In dieser Studie untersuchten Forscher die Wirkung von Peptoidsequenzen auf die Mechanismen und die Kinetik der 2D-Assemblierung auf Glimmeroberflächen mithilfe von In-situ-Rasterkraftmikroskopie und zeitaufgelöster Röntgenstreuung. Sie untersuchten drei verschiedene Peptoidsequenzen, die amphiphil waren, hydrophobe und hydrophile Blöcke hatten und sich selbst zu 2D-Blättern zusammensetzen konnten.

Die Studie zeigte, dass die Zusammensetzung dieser Peptoidsequenzen auf Glimmer mit der Ablagerung und Ausbreitung von Aggregaten zu Inseln beginnt, die über bekannte Prozesse kristallisieren.

Die Ergebnisse zeigten auch deutliche Charakteristika der einzelnen Peptoidsequenzen sowie erhebliche Unterschiede, die sich aus den Wechselwirkungen mit der Oberfläche ergeben: Die Sequenz, die sich in der Hauptlösung am langsamsten zusammensetzt und am besten löslich ist, wächst am schnellsten auf der Glimmeroberfläche und wird am wenigsten löslich, wobei sie fast keine Ablösung zeigt, d. h. wenn sich eine Wachstumseinheit einmal an der Inselkante festgesetzt hat, ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie sich wieder ablöst.

Insgesamt deuten die Erkenntnisse dieser Studie darauf hin, dass Sequenzdetails, insbesondere die Position geladener Gruppen, und Wechselwirkungen mit dem Substrat die thermodynamische Stabilität und die 2D-Assemblierungskinetik erheblich verändern können.