Медицинская карта
Плохой врач лечит болезнь, хороший - причину болезни.
  • гепатит
  • Недели беременности

    Беременность по неделям

  • Сколько живут с диагнозом рак
  • Как рыбий жир может уменьшить воспаление

Искусственные мышцы из белков

2022-02-16 17:29:46

Д-р Штефан Шиллер и д-р Матиас Хубер из Университета Фрайбурга livMatS Cluster of Excellence преуспели в разработке мышц исключительно на основе натуральных белков. Автономные сокращения материала, о которых исследователи рассказали в журнале Advanced Intelligent Systems, можно контролировать с помощью изменения pH и температуры. Движения вызываются химической реакцией, которая потребляет для этой цели молекулярную энергию. «Наша искусственная мышца все еще является прототипом», — говорит Шиллер. «Однако высокая биосовместимость материала и возможность корректировки его состава в соответствии с конкретной тканью могут проложить путь для будущих применений в реконструктивной медицине, протезировании, фармацевтике или мягкой робототехнике».


В прошлом ученые уже брали природные белки в качестве основы для создания искусственных мышечных систем и встраивали их в крошечные молекулярные машины или в полимеры. Однако пока не удалось разработать синтетические мышечные материалы, полностью основанные на биологическом материале и движущиеся автономно с помощью химической энергии.


Материал на основе натурального белка эластина


Материал, используемый командой Фрайбурга, основан на эластине, природном волокнистом белке, который также встречается у людей, например, придает эластичность коже и кровеносным сосудам. Следуя модели этого белка, исследователи разработали два эластиноподобных белка, один из которых реагирует, например, на колебания рН, а другой — на изменения температуры. Ученые объединили два белка с помощью фотохимического перекрестного связывания, чтобы сформировать двухслойный материал. В этом процессе можно гибко формировать материал и задавать направление его движения.


Схватки можно включать и выключать с помощью изменения температуры.


Исследователям удалось вызвать ритмические сокращения, используя в качестве топлива химический источник энергии, в данном случае сульфит натрия. В колебательной химической реакции, в которой рН изменяется циклами из-за особой связи нескольких реакций, добавленная энергия преобразуется в механическую энергию через неравновесные состояния материала. Таким образом, исследователи заставили материал циклически сокращаться автономно. Они также могли включать и выключать сокращения с помощью изменения температуры: колебательная химическая реакция начиналась при температуре около 20 градусов по Цельсию, и материал начинал совершать ритмичные движения. При этом можно было запрограммировать определенные состояния материала и снова сбросить их с помощью другого стимула.


«Поскольку он получен из встречающегося в природе белка эластина и производится нами с помощью биотехнологических средств, наш материал отличается высокой устойчивостью, которая также актуальна для технических применений», — объясняет Шиллер. «В будущем материал может быть доработан для реагирования на другие раздражители, такие как концентрация соли в окружающей среде, и для потребления других источников энергии , таких как малат, полученный из биомассы».

Оставьте комментарии и отзывы!

Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

(обязательно)