سنتز نخستین نانوکلاستر طلای کاملاً پوشیده از ترهالوز با دقت اتمی
پژوهشگران برای نخستین بار موفق شدهاند یک نانوکلاستر طلای با دقت اتمی Au₂₅Tre₁₈ را بهطور کامل با مولکولهای قندی ترهالوز (Trehalose) پوشش دهند. این دستاورد میتواند مسیر توسعه نسل جدیدی از نانوذرات زیستی، دارورسانی هدفمند و عوامل ضدباکتریایی را هموار کند.
کربوهیدراتها نقش مهمی در شناسایی سلولی، ارتباطات بین سلولی و بسیاری از فرآیندهای زیستی ایفا میکنند. با این حال، ساخت نانوکلاسترهایی که بهطور کامل و یکنواخت توسط لیگاندهای قندی پوشانده شده باشند، تاکنون یکی از چالشهای مهم در حوزه نانوشیمی بوده است. بیشتر نانومواد قندی گزارششده دارای اندازههای غیریکنواخت یا ترکیبی از لیگاندهای مختلف هستند.
ساخت موفق نانوکلاستر Au₂₅Tre₁₈
تیم تحقیقاتی به سرپرستی Mingdi Yan از دانشگاه ماساچوست لوول آمریکا موفق شد نانوکلاستر Au₂₅Tre₁₈ را در یک مرحله سنتز کند. در ابتدا، پژوهشگران از روشهای رایج سنتز نانوکلاسترهای طلای محافظتشده با تیولات، از جمله:
- واکنش تعویض لیگاند
- احیای مستقیم با سدیم بوروهیدرید
استفاده کردند، اما این روشها یا باعث تعویض ناقص لیگاندها شدند یا نتوانستند محصولی با دقت اتمی تولید کنند. در ادامه، محققان با استفاده از عامل احیاکننده ملایم tert-butylamine borane در یک سیستم دوفازی آب–تولوئن، موفق شدند نانوکلاستر Au₂₅Tre₁₈ را تنها در یک مرحله و با بازده 55 درصد سنتز کنند.
تأیید ساختار با روشهای پیشرفته
برای بررسی ساختار و خلوص محصول، از تکنیکهای پیشرفته زیر استفاده شد:
- طیفسنجی جرمی ESI با وضوح بالا (HR-ESI-MS)
- طیفسنجی رزونانس مغناطیسی هستهای (NMR)
- طیفسنجی UV-Vis
نتایج نشان داد که نانوکلاستر تولیدشده دارای دقت اتمی بالا، ساختار یکنواخت و همگنی کامل است.
پایداری بالا و خواص کایروپتیکی
این نانوکلاستر علاوه بر ساختار دقیق، دارای ویژگیهای قابل توجهی نیز بود، از جمله:
- پایداری حرارتی بسیار مناسب
- خواص کایروپتیکی (Chiroptical) منحصربهفرد ناشی از برهمکنش لیگاندهای ترهالوز با هسته طلایی
این ویژگیها میتوانند در طراحی نانومواد زیستی و سامانههای تشخیص مولکولی اهمیت زیادی داشته باشند.
فعالیت ضدباکتریایی چشمگیر
پژوهشگران همچنین عملکرد ضدباکتریایی این نانوکلاستر را علیه باکتری Mycobacterium smegmatis بررسی کردند. بهتنهایی، نانوکلاسترهای Au₂₅Tre₁₈ و نمونه مشابه دارای لیگاند گلوتاتیون (Au₂₅SG₁₈) فعالیت ضدباکتریایی قابل توجهی نداشتند. اما پس از افزودن تیواوره (Thiourea یا TU)، شرایط کاملاً تغییر کرد.
مطالعات پیشین نشان دادهاند که تیواوره با نانوکلاسترهای طلا واکنش داده و گونههای ضدباکتریایی Au(I) را تولید میکند و همزمان ورود طلا به داخل سلولهای باکتری را افزایش میدهد.
در این مطالعه:
- حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) نانوکلاستر Au₂₅Tre₁₈ برابر 2.4 میکروگرم بر میلیلیتر بود.
- این نانوکلاستر حدود چهار برابر مؤثرتر از نمونه Au₂₅SG₁₈ عمل کرد.
همچنین آزمایشهای Time-Kill نشان دادند که در غلظت MIC، تمامی باکتریها طی 48 ساعت بهطور کامل از بین رفتند، در حالی که در نمونههای تیمار شده با نانوکلاستر گلوتاتیونی یا آنتیبیوتیک ریفامپیسین، رشد مجدد باکتری مشاهده شد.
اهمیت این دستاورد
سنتز موفق Au₂₅Tre₁₈ نشان میدهد که میتوان لیگاندهای پیچیده کربوهیدراتی را با حفظ دقت اتمی روی نانوکلاسترهای فلزی قرار داد. این موفقیت افقهای تازهای را برای طراحی نانوکلاسترهایی با ویژگیهای قابل تنظیم مانند:
- ساختار دقیق پوسته لیگاند
- پایداری بیشتر
- خواص نوری و کایرالیته
- فعالیت ضدمیکروبی هدفمند
در کاربردهای پزشکی، زیستفناوری و نانوداروها فراهم میکند.
نتیجهگیری
سنتز موفق نانوکلاستر طلای Au₂₅Tre₁₈ با پوشش کامل ترهالوز، گامی مهم در توسعه نانومواد با دقت اتمی به شمار میرود. این پژوهش نشان داد که استفاده از لیگاندهای کربوهیدراتی پیچیده نهتنها امکانپذیر است، بلکه میتواند خواصی مانند پایداری حرارتی بالا، ویژگیهای کایروپتیکی و فعالیت ضدباکتریایی مؤثر را نیز به همراه داشته باشد. این دستاورد میتواند زمینهساز طراحی نسل جدیدی از نانوکلاسترهای زیستی برای کاربردهایی مانند دارورسانی هدفمند، تشخیص زیستی و توسعه عوامل ضدمیکروبی نوین در آینده باشد.
