Les Nano-Machines Se Comportent Comme le Muscle Humain

Par Volonté Soutter

Sujets Couverts

Introduction
Développement des Nano-Machines
Quels sont les Polymères Supramoléculaires ?
Applications des Muscles Artificiels
Sources

Introduction

Récent, une équipe de recherche du Centre National de la Recherche Scientifique (le CNRS) en France, aboutie par Nicolas Giuseppone et fonctionner aux laboratoires en travers du pays, ont fourni une innovation de découverte dans le domaine du nanoscience - assemblage des nano-machines dans les structures qui peuvent produire le mouvement coordonné de contraction ressemblant au mouvement des fibres musculaires chez l'homme.

Dans une autre découverte novatrice, les scientifiques d'UC Santa Barbara, l'Omar Saleh, et le Deborah Fygenson ont travaillé ensemble pour produire un gel dynamique qui est fait en ADN et peut mécaniquement répondre aux stimulus juste la voie que les cellules humaines feraient. Le gel s'est convenablement nommé le ` matériau intelligent'.

Le gel d'ADN contient les nanotubes raides d'ADN qui sont connectés entre eux par l'intermédiaire de longtemps, éditeurs de liens flexibles d'ADN. FtsK50C, une protéine de moteur, aides à gripper aux sites spéciaux sur les éditeurs de liens. Afin de réunir les nanotubes et raidir le gel, ATP, une essence biochimique, est introduit au gel, qui aide les molécules de moteur à tournoyer dans les éditeurs de liens auxquels elles sont liées.

Chacun des deux développements auront des conséquences importantes dans zones variées de recherches, de robotique et de prosthétique médicale à la recherche en profondeur dans le comportement des matériaux nanostructured par composé.

Développement des Nano-Machines

Des muscles Humains sont réglés par le mouvement coordonné des milliers de fibres de protéine - nano-machines naturelles. Les Protéines en nature sont capables de remplir des fonctionnements un tel transport des ions, synthèse d'ATP et division cellulaire, qui sont toutes les parts essentielles d'un organisme vivant.

La recherche en matière de Nanotechnologie a commencé à pouvoir imiter ces fonctionnements avec les machines nanoes fabriquées par l'homme. Cependant, il y a des limitations ; ces machines peuvent seulement fonctionner individuellement au-dessus des distances de la commande d'un nanomètre.

C'est où le travail de l'équipe de Giuseppone entre. Ils pouvaient combiner des nano-machines de milliers, chacune capable du mouvement télescopique environ de 1nm, et amplifient leur mouvement d'une façon bien-coordonnée. L'équipe a réalisé ceci en synthétisant d'abord de longs réseaux de polymère par l'intermédiaire des obligations supramoléculaires. Les mouvements simultanés des nano-machines ont été influencés par le pH afin de permettre aux réseaux de polymère de contracter ou étendre le µm environ 10, de ce fait magnifiant le mouvement par un facteur de 10.000.

La protéine bactérienne de moteur, FtsK50C, a permis aux scientifiques de permettre au gel de se contracter et raidir de la même manière les cytosquelettes réagissent à la myosine de protéine de moteur. Pour surveiller le mouvement du gel, ils ont fixé un petit programme minuscule sur sa surface et ont prévu sa position avant et après le lancement avec la protéine de moteur. Le gel s'est avéré pour avoir les variations actives assimilées et la mécanique à celle des cellules. Juste comme une cellule utilise l'adénosine triphosphate (ATP) pour l'énergie, les utilisations intelligentes ATP de ce gel d'ADN pour le mouvement.

L'innovation de Ce gel reste à l'extérieur pendant que l'utilisation de l'ATP promeut une mécanique plus rapide et plus intense que d'autres gels intelligents basés sur les polymères synthétiques. Il peut maintenant employer pour étudier davantage au sujet de la façon dont les cytosquelettes fonctionnent.

Un gel composé des nanotubes raides d'ADN et des éditeurs de liens flexibles d'ADN peut être renforcé de flexible utilisant l'ATP comme déclencheur chimique. Crédit d'Image : Peter Allen, UCSB.

Quels sont les Polymères Supramoléculaires ?

Les Polymères sont longtemps les réseaux moléculaires, se composant de beaucoup d'unités de répétition reliées par les liaisons chimiques covalentes. Les polymères Supramoléculaires sont légèrement différents en structure, cependant. Ils se composent toujours des choix d'ensembles de monomère, mais ils sont liés ensemble par les obligations relativement faibles, réversibles, non-covalentes, par exemple liaisons hydrogènes.

Les sens et les forces des obligations sont finement ajustés pour s'assurer que l'alignement de molécules agissent en tant que polymère. La réversibilité des obligations non-covalentes signifie que les polymères supramoléculaires sont seulement formés dans certaines conditions, et les longueurs des réseaux sont directement liées à la température, à la force de l'obligation non-covalente, et à la concentration du monomère.

Dans le travail effectué par les scientifiques du CNRS, le tuneability des polymères supramoléculaires a été employé pour produire les structures qui se comporteraient exact de la voie exigée - dans ce cas, permettant aux ensembles de monomère d'agir l'un sur l'autre matériel, pour combiner leurs différents mouvements dans une action logique sur une échelle beaucoup plus grande.

Applications des Muscles Artificiels

Cette découverte biomimetic novatrice a le potentiel pour l'usage en scores d'applications robotiques, nanotechnologie et médicament. Elle peut également être employée pour développer davantage des matériaux et des technologies comportant des nano-machines.

Le projet intelligent de gel par des scientifiques d'UC Santa Barbara sera également une cotisation significative au développement des muscles artificiels, comme ils peuvent reproduire les contractions réglées qui sont principales à la façon dont le muscle humain fonctionne. Elles peuvent également être appliquées à la large gamme de zones telles que les matériaux intelligents, la mécanique cytosquelettique et la recherche de physique de non-équilibre, et la nanotechnologie d'ADN.

L'application en chef des muscles artificiels est dans la prosthétique et des dispositifs de force-aide.

Cependant, la nature visco-élastique permet aux muscles artificiels d'agir en tant que systèmes de la suspension, éliminant de ce fait le besoin de suspension externe. La nature molle lui permet d'être confortablement utilisée chez l'homme sans entraîner des préjudices. Le miniaturisability des muscles artificiels les rend parfaits pour le petit, matériel portatif, par exemple appareils-photo.

Les Experts déclarent que ces découvertes auront des implications de grande envergure et à long terme significatives en scientifique et technique de doux-matériaux, et dans notre compréhension des nanomaterials.

Sources


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

Last Update: 14. June 2013 12:18

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