KI

Odkritje novega načina priprave "pametnih" nanomaterialov na osnovi modularne sestave polipeptidov

Mon, 06 May 2013 10:35:00 +0200

Proteini opravljajo večino funkcij v vseh živih organizmih in se široko uporabljajo v medicini, biotehnologiji, kemiji in drugih področjih. Načrtovanje popolnoma novih proteinskih struktur ostaja velik izziv za znanost, ker je proteinsko strukturo določa veliko število šibkih interakcij med atomi v proteinih in tega še ne znamo zanesljivo izračunati. Zmožnost priprave popolnoma novih proteinskih struktur ima zato izjemen znanstveni in tehnološki potencial.
Sodelavci Laboratorija za biotehnologijo Kemijskega inštituta ter Centra odličnosti EN-FIST prof. Roman Jerala, dr. Helena Gradišar, dr. Iva Hafner-Bratkovič, doktorska študenta Tibor Doles in Sabina Božič ter soavtorji prof. Sandi Klavžar, Damjan Vengust, dr. Alenka Mertelj, Ben Webb in prof. Andrej Šali s FMF UL ter UM, IJS in UCSF so iznašli nov način priprave proteinskih struktur, kakršnih ni v naravi. Posebnost njihovega pristopa je uporaba modularnih peptidnih gradnikov, ki so jih povezali v določeno zaporedje, ki je omogočilo spontano zvitje v načrtovano strukturo. Nov način izgradnje so eksperimentalno pokazali na primeru tristrane piramide - tetraedra. V končni strukturi veriga povezanih aminokislin dvakrat preči vsakega izmed šestih robov piramide. kar poveže verigo v strukturo, ki je bolj stabilna od posameznih gradnikov. Nastalo strukturo so potrdili z več metodami (CD, DLS in fluorescenca, ter vizualizacija z AFM in TEM). Raziskovalci menijo, da nov način sestavljanja nanostruktur odpira novo obetavno smer razvoja načrtovanih nanostruktur in razvoj materialov za dostavo zdravil, ločevanje, katalizo in številne druge namene, saj bi lahko v nanostrukture vnesli številne različne funkcionalne skupine. Članek je revija Nature v tem tednu izbrala kot posebej zanimiv za širšo strokovno in splošno javnost, in takoj po objavi so objavili komentarje na osnovi pogovora s prof. Romanom Jeralo na spletnih straneh revij Nature, Science ter v glasilih angleškega in ameriškega združenja kemikov.

http://www.nature.com/news/protein-gets-in-on-dna-s-origami-act-1.12882

http://news.sciencemag.org/sciencenow/2013/04/how-to-turn-a-protein-into-a-pyr.html

http://www.livescience.com/29098-self-assembling-protein-origami.html

http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/04/protein-origami-sets-scene-designer-structures

Slika prikazuje princip sestavljanja modularnega polipeptida, sestavljenega iz dvanajstih peptidnih segmentov, povezanih v točno določenem vrstnem redu, ki se spontano sestavi v tetraedrsko nanostrukturo. Transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) je pokazala strukture, ki ustrezajo različnim projekcijam tetraedra in so primerljive z molekulskim modelom.Delo je bilo objavljeno v vodilni znanstveni reviji za področje kemijske biologije Nature Chemical Biology. Povezava na članek

Pojasnjen šibki zlom ergodičnosti v kompleksnih superdifuzivnih sistemih

Thu, 11 Apr 2013 10:11:00 +0200

(a) Trajektorija delca med difuzijo (b) trajektorija delca med Lévy-stabilnim sprehodom
Eksakten deterministični opis kompleksnih dinamičnih sistemov običajno ni mogoč, bodisi zaradi neobvladljivega števila dinamičnih prostostnih stopenj bodisi zaradi nepoznavanja dejanskega mikroskopskega dogajanja. Zato se običajno zatečemo k efektivnemu stohastičnemu opisu in na osnovi centralnega limitnega teorema predpostavimo, da ima šum Gaussovo statistiko. Takšne procese poznano pod pojmoma Brownovo gibanje in difuzija (slika - levo). Znano pa je, da je Gaussova statistika zgolj specifični primer t.i. stabilnih porazdelitev, za katere v splošnem velja t.i. posplošeni centralni limitni teorem. Stabilno statistiko dinamičnih inkrementov najdemo med drugim v intermitentnih kaotičnih sistemih, pri difuziji v Josephsonovih spojih, difuziji svetlobe v nehomogenem mediju, utripanju kvatnih pik, premikanju T-celic v možganih ter celo pri dinamiki živali ter ljudi.

Dr. Aljaž Godec (sodelavec L10 na podoktorskem usposabljanju na Inštitutu za fiziko in astronomijo, Univerza v Potsdamu, Nemčija) in Prof. Ralf Metzler (Inštitut za fiziko in astronomijo, Univerza v Potsdamu) v svojem delu na osnovi analitičnih izračunov podprtih s simulacijami pojasnita, da je sipanje časovnih povprečij znotraj množice končnih realizacij procesa direktna posledica stabilne statistike šuma. Končnost trajektorij nujno vodi v zlom ergodičnosti, tudi kadar so le te več redov velikosti daljše od karatkeristične časovne skale osnovnih dinamičnih inkrementov. Izpeljeta tudi eksaktno zvezo med povprečjem časovno-povprečenih opazljivk po ansamblu realizacij ter termodinamskim povprečjem. Omenjene teoretične napovedi so bile nedavno potrjene tudi eksperimentalno.
Odkritje je objavljeno v ugledni fizikalni reviji Physical Review Letters (faktor vpliva 7.37). povezava na članek

Nove ugotovitve na področju inženiringa kristalizacije kovinsko-organskih poroznih materialov

Tue, 27 Nov 2012 15:46:00 +0100

Razumevanje kristalizacijskega mehanizma je ključnega pomena za načrtovanje novih struktur kovinsko-organskih poroznih materialov (MOF-ov) z želenimi lastnostmi za določeno uporabo, na primer za shranjevanje toplote in plinov, ločevanje plinov, dostavljanje zdravilnih učinkovin, katalizo, itd.
Zato je izjemno pomembna določitev temeljnih gradnikov in/ali vmesnih faz pri nastanku MOF-ov, kar še vedno predstavlja velik eksperimentalni izziv.
Raziskovalci iz Laboratorija za anorgansko kemijo in tehnologijo (L09) Tadeja Birsa Celič, Mojca Rangus, Venčeslav Kaučič in Nataša Zabukovec Logar so v sodelovanju z Károly-jem Lazar-jem (Center za Energy Research, Inštitut izotopov, Budimpešta) študirali sočasni nastanek dveh poroznih železovih karboksilatov z uporabo rentgenske absorpcijske (XAS) in Mössbauerjeve spektroskopije. Z natančnim študijem različnih stopenj sinteze, od raztopin do končnih kristaliničnih produktov, jim je uspelo dokazati, da prisotnost aprotičnega topila (acetona) spremeni mehanizem nastanka spojin že v prvih stopnjah sinteze (t.j. tip in strukturo osnovnih gradnikov ter oksidacijsko stanje železa pri povišanih temperaturah), v primerjavi s čisto vodno raztopino.
To je prva raziskava, v kateri je bila natančno določena vloga topila pri sintezi MOF-ov z analizo lokalne strukture atomov v raztopinah in gelih prekurzorjev.

Študija je objavljena v znanstveni reviji Angewandte Chemie International Edition (faktor vpliva 13,5).

Pojasnjen hidrofobni efekt na mikroskopskem nivoju

Fri, 19 Oct 2012 09:02:00 +0200

Razumevanje hidrofobnega efekta na molekularnem nivoju je ključnega pomena za razlago vrste kemijskih in bioloških pojavov. Efekt je v neposredni zvezi z zmanjšanjem entropije v vodi, ki obdaja hidrofobni topljenec. Kljub številnim poskusom razlag je s fizikalnega stališča izvor omenjenega padca entropije še vedno nepojasnjen.
Dr. Aljaž Godec (Laboratorij za elektrokemijo materialov, L10) in doc. dr. Franci Merzel (Laboratorij za strukturo biomolekul, L14) v svojem delu predstavita nov pogled na mehanizem hidrofobnega efekta, ki temelji na pojavu močno korelirane izmenjave vodikovih vezi med molekulami vode v bližini hidrofobnega topljenca. Ugotovita, da se omenjene korelacije pojavijo kot kompenzacija za zmanjšanje fluktuacij elektrostatskega polja, kar je seveda nujna posledica prisotnosti hidrofobne površine. Zaradi temeljne povezave med korealacijami in entropije pa porast korelacij v sistemu vodi do zmanjšanja entropije. Sliko utemeljita na podlagi vrste analiz Monte-Carlo simulacij vode ob prisotnosti hidrofobnih topljencev. Delo je objavljeno v reviji Journal of the American Chemical Society, (faktor vpliva 9,9).

Odkritje novega gena za razvoj maščobnega tkiva

Mon, 27 Aug 2012 09:27:00 +0200

Debelost postaja v sodobnem svetu vse večji zdravstveni in družbeni problem, saj je tesno povezana s skrajšano življenjsko dobo in razvojem kroničnih bolezni kot so sladkorna bolezen, srčno-žilne bolezni, vnetne bolezni in nekatere vrste raka.
Prof. Simon Horvat iz Laboratorija za biotehnologijo (L12), ki je gen odkril z gensko analizo debelih in vitkih miši, je skupaj z mednarodnimi sodelavci pokazal, da ima protein DEPTOR pomembno vlogo pri regulaciji kopičenja maščevja. Pokazali so, da miši, ki imajo bolj izražen DEPTOR akumulirajo več maščobe in tudi analiza človeške populacije je pokazala visoko povezavo med izražanjem DEPTOR z debelostjo. Ta raziskava odkriva novo raven regulacije razvoja maščobnega tkiva preko perifernih sistemov in daje osnovo za razvoj novih terapij za debelost in z njo povezanimi boleznimi.

Novo odkritje je objavljeno v vodilni reviji za področje raziskav metabolizma, CELL Metabolism, (faktor vpliva 13,7). Dodatne informacije.

► Deptor lokus je genetsko povezan z regulacijo debelosti/vitkosti pri miših ► Izražanje DEPTOR gena je inducirano z glukokortikoidi med razvojem maščobnega tkiva ► DEPTOR je povišano izražen v maščobnem tkivu pri debelih ljudeh in debelih miših ► DEPTOR pospešuje razvoj maščobnega tkiva tako, da regulira ravnotežje med aktivacijo gena AKT in proteinskega kompleksa mTORC1

Odkritje na področju shranjevanja toplote

Fri, 17 Feb 2012 10:07:00 +0100

Raziskovalci Laboratorija za anorgansko kemijo in tehnologijo (L09) Nataša Zabukovec Logar, Alenka Ristić in Venčeslav Kaučič so v sodelovanju s Stefanom Henningerjem (Fraunhofer Institute, Freiburg) razvili mehanizem, s katerim lahko predvidimo potencial za shranjevanje toplote za številne znane in nove strukture mikroporoznih materialov. Odkritje je bilo objavljeno v prestižni reviji s področja materialov Advanced Functional Materials (faktor vpliva 10.18).

Uporaba reverzibilne kemijske in fizikalne vezave vode v trdne materiale ponuja nov koncept za dolgoročno skladiščenje toplotne energije, tudi v kombinaciji s sončnimi kolektorji, vendar do sedaj ni bilo sistematične študije o možnih mehanizmih za izboljšanje shranjevalnih lastnosti z optimizacijo materialov. S primerjalno termogravimetrično in kalorimetrično študijo sorpcije vode v aluminofosfatne materiale z majhnimi porami (SAPO-34, AlPO₄-18 in APO-Tric) so avtorji pokazali, da je formiranje visoko urejenih vodnih klastrov gonilna sila za nenadno sorpcijo vode v ozkem tlačnem območju, kar je potrebno za uporabo v shranjevalnih sistemih oziroma je bistveno za učinkovito shranjevanje toplote. Nastanek klastrov omogočajo hitre in reverzibilne spremembe v koordinaciji ogrodnih (Al) atomov in optimalen premer por.

Dostop do članka

Odkritje novega katalizatorja za katalitsko čiščenje odpadnih vod

Thu, 09 Feb 2012 14:01:00 +0100

Raziskovalci Laboratorija za anorgansko kemijo in tehnologijo (L09) Nataša Novak Tušar, Darja Maučec, Matjaž Mazaj, Mojca Rangus in Venčeslav Kaučič so v sodelovanju z Albinom Pintarjem in Magdo Cotman (Laboratorij za okoljske vede in inženirstvo L05) ter Iztokom Arčonom (Univerza Nova Gorica) oblikovali nov in okolju prijazen, cenovno ugoden ter visoko učinkovit katalizator za katalitsko čiščenje odpadnih vod. Odkritje je bilo objavljeno v eni od najprestižnejših revij s področja materialov - Advanced Functional Materials (faktor vpliva 10.18). Katalitska oksidacija z vodikovim peroksidom WHPCO (Wet Hydrogen Peroxide Catalytic Oxidation) predstavlja enega od industrijsko uporabnih naprednih oksidacijskih procesov AOP (Advanced Oxidation Processes) za razgradnjo organskih onesnažil v vodi. Raziskovalci so v objavi prvič pokazali, da z manganom funkcionalizirani silikatni nanodelci delujejo v WHPCO procesu kot katalizator in v 30 minutah pri sobni temperaturi ter nevtralni pH vrednosti vodne raztopine oksidativno razgradijo (do ogljikovega dioksida) kar 80 % modelnega organskega onesnažila. S strukturno karakterizacijo materiala z rentgensko absorpcijsko spektroskopijo in katalitskimi testi so dokazali, da so visoko aktivni le nanodelci, ki vsebujejo v silikatno ogrodje vgrajen mangan, ne pa nanodelci, v katerih je mangan prisoten v obliki oksidov (Mn₃O₄ ali Mn₂O₃). Material predstavlja novo družino katalizatorjev za AOP procese, ki razgrajujejo organska onesnažila v vodi. Povezava na članek

Vpliv strukturiranja nanodelcev na ionsko prevodnost v tekočinah

Sun, 08 Jan 2012 13:23:00 +0100

Razvoj novih baterijskih materialov je tesno povezan s tem, kako uspešni smo pri njihovem nanostrukturiranju– to je, kako dobro nanodelce vgradimo v okoliške faze, ki prevajajo ione oziroma elektrone.
Avtorji članka, med katerimi je tudi dr. Marjan Bele iz Laboratorija za elektrokemijo materialov, so v tem delu pokazali, da formiranje fraktalne strukture koloidnih delcev silicijevega dioksida zelo poveča ionsko prevodnost ob prisotnosti litijevih soli v raztopini. Na osnovi "in situ" meritev med formacijo fraktalne strukture so razložili mehanizem adsorbcije in disociacije ionskih parov, ki zelo vplivajo na prevodnost.
Članek je objavljen v reviji Journal of the American Chemical Society, (faktor vpliva 9).

Nova odkritja v razvoju sončnih celic

Sat, 07 Jan 2012 14:07:00 +0100

Dosedanji razvoj sončnih celic na bazi kvantnih pik sicer omogoča višje izkoristke, vendar pa bo potrebno še veliko napora za doseganje njihove dolgoročne stabilnosti. Skupina raziskovalcev iz Centra za elektrokemijske tehnologije (CIDETEC) in Univerze Jaume 1 (oba iz Španije) ter dr. Vasko Jovanovski iz Laboratorija za analizno kemijo Kemijskega inštituta, je razvila robusten S^2-/S_n^2- elektrolit, ki so ga dizajnirali tako, da je kompatibilen s kvantnimi pikami CdSe. Nova ionska tekočina na osnovi pirolidinijevega kationa je dosegla kar 1,86 % izkoristek pri toku kratkega stika 14 mAcm^-1 in pokazala izboljšano dolgoročno delovanje sistema več kot 10 dni. Fotovoltaična karakterizacija je razkrila omejitve sončne celice, še posebej glede regeneracije elektrolita zaradi poslabšane katalize na protielektrodi in visoko stopnjo rekombinacije. Potrebna bo nadaljnja izboljšava teh faktorjev za bistveno izboljšanje efektivnosti sončnih celic na osnovi kvantnih pik. Odkritje je bilo objavljeno v reviji Journal of the American Chemical Society (faktor vpliva 9.019).

Novost na področju litij žveplovih akumulatorjev

Fri, 06 Jan 2012 10:28:00 +0100

Litij žveplovi akumulatorji so zanimivi predvsem zaradi njihove specifične kapacitete in nizke cene, vendar do komercialne uporabe še ni prišlo, kar je posledica nizke intrizične prevodnosti žvepla in topnosti polisulfidov v nevodnih topilih. Avtorji članka, med katerimi je tudi dr. Robert Dominko iz Laboratorija za elektrokemijo materialov, so v tem delu pokazali, da tudi elektronsko slabo prevodni materiali, lahko služijo kot substrati za tanek sloj žvepla in da je delovanje takšnega kompozita še boljše kot če uporabimo prevoden ogljik, kar so pripisali nastanku šibkih vezi med substratom in topnimi polisulfidi. Članek je objavljen v reviji Journal of the American Chemical Society, (faktor vpliva 9.019).