Nano--Maschinen Benehmen sich Wie Menschlicher Muskel

Durch Willen Soutter

Themen Umfaßt

Einleitung
Entwicklung von Nano--Maschinen
Was sind Supramolekulare Polymere?
Anwendungen von Künstlichen Muskeln
Quellen

Einleitung

Vor Kurzem haben ein Forschungsteam von der Mitte National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Frankreich, geführt von Nicolas Giuseppone und im Ganzen Land arbeiten an den Labors, eine Durchbruchinnovation auf dem Gebiet von nanoscience - Montage von Nano-maschinen in Zellen gefunden, die die koordinierte Kontraktionsbewegung produzieren können, die der Bewegung von muskulösen Fasern in den Menschen ähnelt.

In einem anderen innovativen Durchbruch arbeiteten Wissenschaftler von UC Santa Barbara, Omar Saleh und Deborah Fygenson zusammen, um ein dynamisches Gel herzustellen, das von DNS gemacht wird und auf Auslöseimpulse mechanisch reagieren kann gerade die Methode, die, menschliche Zellen tun würden. Das Gel ist passend ` als intelligentes Material' bezeichnet worden.

Das DNS-Gel enthält steife DNS-nanotubes, die miteinander über lang angeschlossen werden, biegsame DNS-Verknüpfungsprogramme. FtsK50C, ein Motorprotein, hilft, an spezielle Sites auf den Verknüpfungsprogrammen zu binden. Um die nanotubes zusammen zu zeichnen und das Gel zu versteifen, wird ATP, ein biochemischer Kraftstoff, zum Gel eingeführt, das den Bewegungsmolekülen hilft in den Verknüpfungsprogrammen zu wirbeln zu denen sie gesprungen werden.

Beide Entwicklungen haben wichtige Konsequenzen auf den verschiedenen Forschungsgebieten, von der Robotik und vom medizinischen Prosthetics zur ausführlichen Forschung in das Verhalten von Komplex nanostructured Materialien.

Entwicklung von Nano--Maschinen

Menschliche Muskeln werden durch die koordinierte Bewegung von Tausenden Proteinfasern - natürliche Nano-maschinen gesteuert. Proteine in der Natur sind zur Wahrnehmung von Aufgaben solcher Transport von Ionen, Synthese von ATP und Zellteilung fähig, die alle wesentlichen Bestandteile eines lebenden Organismus sind.

Nanotechnologieforschung hat angefangen, in der Lage zu sein, diese Funktionen mit künstlichen Nano-Maschinen nachzuahmen. Jedoch gibt es Beschränkungen; diese Maschinen können über Abständen der Ordnung eines nm nur einzeln arbeiten.

Dieses ist, wohin die Arbeit von Giuseppones Team hereinkommt. Sie waren in der Lage, Tausenden Nano-maschinen, jede ungefähr zu kombinieren, die zum teleskopischen Antrag von 1nm fähig ist und verstärken ihre Bewegung in einer gut-koordinierten Art. Das Team erzielte dieses, indem es zuerst lange Polymerketten über supramolekulare Anleihen synthetisierte. Die simultanen Bewegungen der Nano-maschinen wurden durch pH beeinflußt, um die Polymerketten zu aktivieren, ungefähr 10 zu schmälern oder auszudehnen µm und so vergrößerten die Bewegung durch einen Faktor von 10.000.

Das bakterielle Motorprotein, FtsK50C, erlaubte den Wissenschaftlern, das Gel zu aktivieren zu schmälern und sich zu versteifen ebenso reagieren Cytoskeletons zum Motorproteinmyosin. Um die Bewegung des Gels zu überwachen, befestigten sie eine kleine Raupe an seiner Oberfläche und berechneten seine Stellung vor und nach Aktivierung mit dem Motorprotein. Das Gel wurde gefunden, um ähnliche aktive Varianten und Mechaniker zu dem von Zellen zu haben. Gerade wie eine Zelle verwendet Adenosintriphosphat (ATP) für Energie, dieses intelligente DNS-Gelgebrauch ATP für Bewegung.

Die Innovation Dieses Gels steht heraus, während der Gebrauch ATPS die schnelleren und stärkeren Mechaniker als andere intelligente Gele fördert, die auf synthetischen Polymeren basieren. Es kann jetzt verwendet werden, um weiter zu studieren über, wie Cytoskeletons arbeiten.

Ein Gel, das von steifen DNS-nanotubes und von flexiblen DNS-Verknüpfungsprogrammen gebildet wird, kann von flexiblem unter Verwendung ATPS als chemischer Abzug versteift werden. Bildkredit: Peter Allen, UCSB.

Was sind Supramolekulare Polymere?

Polymere sind lang die molekularen Ketten und bestehen aus vielen wiederholenden Geräten, die durch kovalente chemische Bindungen angeschlossen werden. Supramolekulare Polymere sind in der Zelle, jedoch etwas unterschiedlich. Sie bestehen noch Reihen Monomereinheiten, aber sie werden zusammen durch die verhältnismäßig schwachen, umschaltbaren, nicht-kovalenten Anleihen, z.B. Wasserstoffanleihen gesprungen.

Die Richtungen und die Stärken der Anleihen werden fein justiert, um zu garantieren, dass die Reihe von Molekülen als ein Polymer auftreten. Die Umkehrbarkeit der nicht-kovalenten Anleihen bedeutet, dass die supramolekularen Polymere nur unter bestimmten Bedingungen gebildet werden, und die Längen der Ketten werden direkt mit der Temperatur, der Stärke des nicht-kovalenten Anleihe und der Konzentration der Monomere verbunden.

In der Arbeit, die von den CNRS-Wissenschaftlern erledigt wurde, wurde das tuneability von supramolekularen Polymeren verwendet, um Zellen zu erstellen, die sich auf genau die erforderliche Art - in diesem Fall benehmen würden und die Monomereinheiten physikalisch zusammenwirken lassen würden, ihre einzelnen Bewegungen in eine zusammenhängende Tat auf einer viel größeren Schuppe zu kombinieren.

Anwendungen von Künstlichen Muskeln

Diese innovative biomimetic Entdeckung hat das Potenzial für Gebrauch in den Kerben von Roboteranwendungen, von Nanotechnologie und von Medizin. Sie kann auch verwendet werden, um die Materialien und Technologien weiter zu entwickeln, die Nano-maschinen enthalten.

Das intelligente Gelprojekt durch Wissenschaftler UC Santa Barbara ist auch ein beträchtlicher Beitrag zur Entwicklung von künstlichen Muskeln, wie sie die esteuerten Kontraktionen wiederholen können, die grundlegend sind zu, wie menschlicher Muskel arbeitet. Sie können an der großen Auswahl von Bereichen wie intelligenten Materialien, zytoskelettmechanikern und Ungleichgewichtphysikforschung und DNS-Nanotechnologie auch angewendet werden.

Die Hauptanwendung von künstlichen Muskeln ist in den Prosthetics- und Stärkevorlageneinheiten.

Jedoch lässt die viskoelastische Natur künstliche Muskeln als die Suspensionsanlagen auftreten, dadurch sie beseitigt sie den Bedarf an der externen Suspension. Die weiche Natur erlaubt, dass sie bequem in den Menschen verwendet wird, ohne Verletzung zu verursachen. Das miniaturisability der künstlichen Muskeln macht sie perfekt für kleines, transportables Gerät, z.B. Kameras.

Experten erklären, dass diese Entdeckungen beträchtliche weit reichende und langfristige Auswirkungen in Weichmaterialien Wissenschaft und Technik haben, und in unserem Verständnis von Nanomaterials.

Quellen


Date Added: Oct 30, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 12:22

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