I Nano-Commputer Si Comportano Come il Muscolo Umano

Dalla Volontà Soutter

Argomenti Coperti

Introduzione
Sviluppo dei Nano-Commputer
Che Cosa sono Polimeri Sovramolecolari?
Applicazioni dei Muscoli Artificiali
Sorgenti

Introduzione

Recentemente, un gruppo di ricerca dal Centro National de la Recherche Scientifique (il CNRS) in Francia, piombo da Nicolas Giuseppone e lavorare ai laboratori attraverso il paese, ha fornito un'innovazione dell'innovazione nel campo del nanoscience - montaggio dei nano-commputer nelle strutture che possono produrre il movimento coordinato di contrazione che somiglia al movimento delle fibre muscolari in esseri umani.

In un'altra innovazione innovatrice, gli scienziati dal UC Santa Barbara, Omar Saleh e Deborah Fygenson hanno lavorato insieme per creare un gel dinamico che è fatto di DNA e può rispondere meccanicamente agli stimoli appena il modo che le cellule umane avrebbero fatto. Il gel a proposito è stato definito il ` materiale astuto'.

Il gel del DNA contiene i nanotubes rigidi che sono connessi l'un l'altro via lungamente, linker flessibili del DNA del DNA. FtsK50C, una proteina del motore, contribuisce a legare ai siti speciali sui linker. Per riunire i nanotubes e per irrigidire il gel, il TRIFOSFATO DI ADENOSINA, un combustibile biochimico, è presentato al gel, che aiuta le molecole del motore ad annaspare nei linker a cui sono limitate.

Entrambi sviluppi avranno conseguenze importanti in vari campi della ricerca, da robotica e da protesi medica a ricerca approfondita sul comportamento dei materiali nanostructured complesso.

Sviluppo dei Nano-Commputer

I muscoli Umani sono gestiti tramite il movimento coordinato di migliaia di fibre della proteina - nano-commputer naturali. Le Proteine in natura sono capaci dell'esecuzione delle funzioni tale trasporto degli ioni, la sintesi del TRIFOSFATO DI ADENOSINA e divisione cellulare, che sono tutte le parti essenziali di organismo vivente.

La ricerca in Nanotecnologia ha cominciato a potere imitare queste funzioni con i commputer nani artificiali. Tuttavia, ci sono limitazioni; questi commputer possono funzionare soltanto determinato sopra le distanze dell'ordine di un nanometro.

Ciò è dove il lavoro del gruppo di Giuseppone entra. Potevano combinare i nano-commputer di migliaia, ciascuno capace di moto telescopico circa di 1nm ed ampliano il loro movimento in un modo ben-coordinato. Il gruppo ha raggiunto questo in primo luogo sintetizzando le catene lunghe del polimero via le obbligazioni sovramolecolari. I movimenti simultanei dei nano-commputer sono stati influenzati da pH in modo da permettere alle catene del polimero di contrarre o estendere il µm circa 10, così ingrandicendo il movimento da un fattore di 10.000.

La proteina batterica del motore, FtsK50C, ha permesso che gli scienziati permettessero al gel di contrarrsi ed irrigidirsi allo stesso modo i citoscheletri reagiscono alla miosina della proteina del motore. Per riflettere il movimento del gel, hanno fissato una perla minuscola alla sua superficie ed hanno calcolato la sua posizione prima e dopo l'attivazione con la proteina del motore. Il gel è stato trovato per avere le simili variazioni attive e meccanici a quello delle celle. Appena come una cella usa l'adenosintrifosfato (ATP) per energia, questo TRIFOSFATO DI ADENOSINA astuto di usi del gel del DNA per movimento.

L'innovazione di Questo gel sta fuori mentre l'uso del TRIFOSFATO DI ADENOSINA promuove i meccanici più veloci e più forti che altri gel astuti basati sui polimeri sintetici. Può ora essere usato per studiare più ulteriormente circa come i citoscheletri funzionano.

Un gel composto dei nanotubes rigidi del DNA e dei linker flessibili del DNA può essere rinforzatoe di flessibile facendo uso del TRIFOSFATO DI ADENOSINA come grilletto chimico. Credito di Immagine: Peter Allen, UCSB.

Che Cosa sono Polimeri Sovramolecolari?

I Polimeri sono lungamente catene molecolari, consistenti di molte unità di ripetizione connesse dai legami chimici covalenti. I polimeri Sovramolecolari sono leggermente differenti in struttura, tuttavia. Ancora si compongono delle schiere delle unità del monomero, ma sono limitati insieme dalle obbligazioni relativamente deboli, reversibili, non covalenti, per esempio legami idrogeni.

Le direzioni e le concentrazioni delle obbligazioni sono sintonizzate con precisione per assicurare che la schiera delle molecole funga da polimero. La reversibilità delle obbligazioni non covalenti significa che i polimeri sovramolecolari sono formati soltanto a certe condizioni e le lunghezze delle catene direttamente sono collegate alla temperatura, alla concentrazione dell'obbligazione non covalente ed alla concentrazione del monomero.

Nel lavoro fatto dagli scienziati del CNRS, il tuneability dei polimeri sovramolecolari è stato usato per creare le strutture che si comporterebbero esattamente nel modo richiesto - in questo caso, permettendo che le unità del monomero interagiscano fisicamente, combinare i loro diversi movimenti in un atto coerente su un disgaggio molto più grande.

Applicazioni dei Muscoli Artificiali

Questa scoperta biomimetic innovatrice ha il potenziale per uso in punteggi delle applicazioni, della nanotecnologia e della medicina robot. Può anche essere usata più ulteriormente per sviluppare i materiali e le tecnologie che incorporano i nano-commputer.

Il progetto astuto del gel dagli scienziati del UC Santa Barbara egualmente sarà un contributo significativo allo sviluppo dei muscoli artificiali, come possono ripiegare le contrazioni controllate che sono fondamentali a come il muscolo umano funziona. Possono anche applicarsi a vasta gamma dei campi quali i materiali astuti, i meccanici citoscheletrici e la ricerca di fisica di nonequilibrium e la nanotecnologia del DNA.

L'applicazione principale dei muscoli artificiali è in protesi ed unità di concentrazione-aiuto.

Tuttavia, la natura viscoelastica permette che i muscoli artificiali fungano da sistemi di sospensione, quindi eliminanti l'esigenza della sospensione esterna. La natura molle permette che sia utilizzata confortevolmente in esseri umani senza provocare ferite. Il miniaturisability dei muscoli artificiali li rende perfetti per piccola, strumentazione portatile, per esempio macchine fotografiche.

Gli Esperti specificano che queste scoperte avranno il ampio-raggiungimento significativo ed implicazioni a lungo termine nella scienza e nell'assistenza tecnica dei morbido materiali e nella nostra comprensione dei nanomaterials.

Sorgenti


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

Last Update: 14. June 2013 12:26

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