Исследователи из Университета Йювяскюля в Финляндии с помощью вычислительных исследований предсказали, что золотые нанокластеры могут селективно распознавать хиральные биомолекулы. Это свойство может помочь напрямую обнаруживать определенные заболевания в образцах крови. Соответствующее исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.
Золотые нанокластеры — это наноструктуры с атомарной точностью, размером всего в несколько нанометров, содержащие металлическое золотое ядро и защитный слой органических лигандных молекул. Молекулы лигандов определяют растворимость кластера и придают внешней поверхности функциональность, позволяя ей взаимодействовать с окружающей средой. Внешняя поверхность золотых кластеров обычно имеет спиральную или хиральную структуру, подобную структуре ДНК, что позволяет им связываться с хиральными биомолекулами, такими как аминокислоты или ДНК, различными способами в зависимости от молекулярной структуры и направления спирали кластера.
Профессор вычислительной нанонауки Университета Йювяскюля Ханну Хякинен, руководивший исследованием, заявил: «Мы холи проверить эту гипотезу как можно более тщательно, поэтому провели обширные вычислительные исследования». В исследовании было изучено почти сто различных комбинаций кластеров и биомолекул с использованием молекулярной динамики для моделирования атомной структуры и анализа связывания биомолекул с кластерами и их влияния на хиральные оптические свойства на основе теории электронной структуры.
Исследование включало почти триста независимых вычислительных прогонов для обеспечения статистической надежности. Хякинен пояснил: «Это исследование требовало значительных вычислительных мощностей на графических процессорах (GPU). Моделирование проводилось на европейском суперкомпьютере LUMI, управляемом CSC, в рамках финского проекта LUMI Extreme Scale». Исследование показало, что взаимодействия между спиральными поверхностями различных комбинаций кластер-биомолекула различаются и являются селективными, поскольку лишь в нескольких комбинациях биомолекулы прочно связываются с поверхностью кластера, изменяя хиральный оптический отклик.
Исследование предсказывает, что это свойство можно использовать для разработки сенсоров хиральных биомолекул, способных распознавать маркеры, связанные с определенными заболеваниями, в крови. Хякинен добавил: «Результаты моделирования очень перспективны и основаны на простой идее, которую легко проверить в лаборатории. Мы уже связались с экспериментальными группами в нашей международной исследовательской сети в надежде, что они смогут проверить наши предсказания в ходе реальных лабораторных измерений».
Детали публикации: Автор: Университет Йювяскюля; Название: «Gold nanoclusters could selectively recognize chiral biomolecules to help detect certain diseases»; Опубликовано в: ACS Nano (2026).
