آخرین مطالب

ماهیچه های مصنوعی ساخته شده از پروتئین —


دکتر استفان شیلر و دکتر ماتیاس هوبر از دانشگاه فرایبورگ زندهMatS Cluster of Excellence موفق به توسعه عضله تنها بر اساس پروتئین های طبیعی شده است. انقباضات مستقل مواد، که محققان در مجله ارائه کردند سیستم های هوشمند پیشرفته، با کمک pH و تغییرات دما قابل کنترل است. حرکات توسط یک واکنش شیمیایی انجام می شود که انرژی مولکولی را برای این منظور مصرف می کند. شیلر می گوید: «عضله مصنوعی ما هنوز یک نمونه اولیه است. با این حال، زیست سازگاری بالای این ماده و امکان تنظیم ترکیب آن برای مطابقت با بافت خاص می‌تواند راه را برای کاربردهای آینده در پزشکی بازسازی، پروتز، داروسازی یا روباتیک نرم هموار کند.»

در گذشته، دانشمندان پروتئین های طبیعی را به عنوان پایه ای برای توسعه سیستم های ماهیچه ای مصنوعی در نظر گرفته و آنها را در ماشین های مولکولی کوچک یا پلیمرها ساخته اند. با این حال، هنوز امکان توسعه مواد ماهیچه ای مصنوعی که کاملاً مبتنی بر زیست هستند و به کمک انرژی شیمیایی به طور مستقل حرکت می کنند، ممکن نشده است.

مواد بر پایه پروتئین طبیعی الاستین

مواد مورد استفاده توسط تیم فرایبورگ بر پایه الاستین است، یک پروتئین فیبری طبیعی که در انسان نیز وجود دارد، به عنوان مثال به پوست و رگ‌های خونی خاصیت ارتجاعی می‌دهد. با پیروی از مدل این پروتئین، محققان دو پروتئین شبیه الاستین تولید کردند که یکی از آنها به عنوان مثال به نوسانات pH و دیگری به تغییرات دما پاسخ می دهد. دانشمندان این دو پروتئین را با استفاده از پیوند متقاطع فتوشیمیایی ترکیب کردند تا یک ماده دولایه را تشکیل دهند. در این فرآیند می توان به شکل انعطاف پذیری مواد را شکل داد و جهت حرکت آن را تنظیم کرد.

انقباضات را می توان با کمک تغییرات دما خاموش و روشن کرد

محققان با استفاده از یک منبع انرژی شیمیایی به عنوان سوخت، در این مورد سولفیت سدیم، موفق به القای انقباضات ریتمیک شدند. در یک واکنش شیمیایی نوسانی که در آن pH در چرخه‌ها به دلیل پیوند خاص چندین واکنش تغییر می‌کند، انرژی اضافه شده از طریق حالت‌های غیر تعادلی ماده به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. به این ترتیب، محققان مواد را وادار به انقباض مستقل در یک روش چرخه‌ای کردند. آنها همچنین توانستند انقباضات را با کمک تغییرات دما خاموش و روشن کنند: واکنش شیمیایی نوسانی در دمای حدود 20 درجه سانتیگراد شروع شد و مواد شروع به انجام حرکات موزون کردند. در این فرآیند، می‌توان حالت‌های خاصی را برنامه‌ریزی کرد تا ماده فرض کند و دوباره آنها را با محرک دیگری تنظیم کرد. بدین ترتیب دانشمندان به یک سیستم ساده برای اجرای یادگیری و فراموشی در سطح مادی دست یافتند.

شیلر توضیح می دهد: “از آنجایی که از پروتئین الاستین طبیعی مشتق شده است و توسط ما از طریق روش های بیوتکنولوژیکی تولید می شود، مواد ما با پایداری بالایی که برای کاربردهای فنی نیز مرتبط است مشخص می شود.” در آینده، این ماده می‌تواند برای پاسخ به محرک‌های دیگر، مانند غلظت نمک در محیط، و مصرف منابع انرژی دیگر، مانند مالات حاصل از زیست توده، بیشتر توسعه یابد.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط دانشگاه فرایبورگ. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.