Искусственные мышцы из протеина

Д-ру Штефану Шиллеру и д-ру Матиас Хубер из Университета Фрайбурга удалось разработать искусственные мышцы исключительно на основе натуральных белков. Данные работы были представлены в журнале Advanced Intelligent Systems. В исследование было показано, что движения искусственных мышц можно контролировать с помощью изменений температуры и pH. Движения мышцы вызываются химической реакцией с потреблением молекулярной энергии. Созданный учеными материал является прототипом, но наличие высокой биосовместимости материала и возможность адаптации состава для соответствия структуре конкретной ткани могут иметь большой потенциал в протезирование, в реконструктивной медицине, мягкой робототехники.

В предыдущих исследованиях ученые использовали натуральные белки для создания искусственной мышечной ткани и встраивали их в полимеры или крошечные молекулярные системы. Но пока, не удавалось создать синтетическую мышечную ткань полностью из биологического материала и совершающую движение самостоятельно, с помощью химической энергии.

Команда ученых из Фрайбурга использовали эластин, волокнистый белок, который придает эластичность сосудам и коже. На основе структуры этого белка ученые создали два эластиноподобных белка, один из которых реагирует на изменения температуру, а другой на колебания рН. Ученые соединили два белка для того, чтобы сформировать двухслойный материал с помощью фотохимического перекрестного связывания. Использованный процесс позволяет гибко формировать материал и задавать направление его движения.

Исследователи смогли вызывать ритмические сокращения с помощью сульфита натрия, который был использован как химический источник энергии. Колебательная химическая реакция, в которой происходит циклическое изменение рН, и дополнительная энергия трансформируется в механическую энергию. Таким образом, исследователи смогли заставить искусственную мышцу сокращаться автономно. Также ученым удалось включать и выключать сокращения с помощью изменения температуры: при температуре 20 градусов начиналась колебательная химическая реакция и материал начинал совершать ритмичные движения. Кроме того, с помощью других стимулов можно было сбрасывать запрограммированные определенные состояния материала. Таким образом, ученым удалось разработать простую систему для реализации обучения и забывания на материальном уровне.

Запись на прием

Записаться на прием в режиме реального времени

Вопрос-ответ

На вопросы отвечают наши ведущие специалисты

Энциклопедия

Вся информация о заболеваниях позвоночника