Nano 機械は人間筋肉のように動作します

意志 Soutter によって

カバーされるトピック

導入
Nano 機械の開発
Supramolecular ポリマーは何ですか。
人工的な筋肉のアプリケーション
ソース

導入

最近、実験室で全国各地から働ニコラス Giuseppone および働くことが導くフランスの中心 National de la Recherche Scientifique (CNRS) からの調査チームは nanoscience - 人間の筋肉ファイバーの動きに類似している調整された収縮の動きを作り出すことができる構造への nano 機械のアセンブリのフィールドの進歩の革新を都合しました。

別の革新的な進歩では DNA から成り、刺激にヒト細胞がするちょうど方法機械的に答えることができるダイナミックなゲルを作成するために、 UC サンタ・バーバラからの科学者、オマール Saleh、および Deborah Fygenson は協力しました。 ゲルは適切に ` をスマートな材料と」名づけられました。

DNA のゲルは長くによって互いに接続される堅い DNA の nanotubes、柔軟な DNA のリンカを含んでいます。 FtsK50C のモーター蛋白質は、リンカの特別なサイトに結合を助けます。 nanotubes を一緒に引き、ゲルを、 ATP 堅くするためにの生化学的な燃料はモーター分子が区切られるリンカで巻き取るのを助けるゲルに、導入されます。

両方の開発に複合体 nanostructured 材料の動作にロボット工学および医学の prosthetics からの詳細な研究にさまざまな研究フィールドの重要な結果が、あります。

Nano 機械の開発

人間筋肉はたくさんの蛋白質のファイバー - 自然な nano 機械の調整された動きによって制御されます。 実際のところ蛋白質は機能を行うことができますすべて生きている有機体の必須の部分のイオンのそのような輸送、 ATP の統合および細胞分裂。

ナノテクノロジーの研究は人造の nano 機械とのこれらの機能をまねられます始めました。 ただし、限定があります; これらの機械はナノメーターの等級の間隔にしかそれぞれ作用できません。

これは Giuseppone のチームの作業が入るところです。 それらはたくさん nano 機械を、約結合 1nm の望遠鏡の動きが可能なそれぞれでき十分調整された方法の動きを増幅します。 チームは supramolecular 結束によって最初に長いポリマー鎖を総合することによってこれを達成しました。 従って nano 機械の同時動きは pH によってポリマー鎖が約 10 µm を引き締めるか、または拡張することを可能にするために影響を及ぼされ 10,000 の要因による動きを拡大します。

細菌モーター蛋白質、 FtsK50C は、科学者がゲルが引き締まることを可能にすることを可能にし、同じように堅くなるために細胞骨格はモーター蛋白質のミオシンに反応します。 ゲルの動きを監察するためには、それらは表面に小さいビードを固定し、モーター蛋白質とのアクティブ化の前後に位置を計算しました。 ゲルはセルのそれに同じような実行中の変化および機械工があると見つけられました。 ちょうどセルのようにエネルギーのために (ATP)アデノシン三リン酸、動きのためのこのスマートな DNA のゲルの使用 ATP を使用します。

このゲルの革新は ATP の使用が総合的なポリマーに基づいて他のスマートなゲルより速く、強い機械工を促進すると同時に際立っています。 更に調査するのにそれが細胞骨格がどのようにについて働くか今使用することができます。

堅い DNA の nanotubes および適用範囲が広い DNA のリンカから成っているゲルは化学トリガーとして ATP を使用して適用範囲が広いの役立たずに作ることができます。 画像著作権: ピーターアレン、 UCSB。

Supramolecular ポリマーは何ですか。

ポリマーは長く共有化学結合によって接続される多くの繰り返し単位から成っている分子鎖です。 しかし Supramolecular ポリマーは構造でわずかに異なります。 それらはまだ単量体の単位のアレイから成っていますが、比較的弱く、可逆の、非共有結束、例えば水素結合によって一緒に区切られます。

結束の方向そして強さは精巧に分子のアレイがポリマーとして機能することを保障するために調整されます。 非共有結束の可逆性は supramolecular ポリマーがただ特定の条件下で形作られる、鎖の長さは非共有結束の温度、強さ、および単量体の集中に直接リンクされますことを意味し。

CNRS の科学者によってできていた必須の方法で - この場合丁度動作する構造を作成するのに作業では supramolecular ポリマーの tuneability が使用され、物理的に相互に作用するように単量体の単位が個々の動きを大いに大規模の凝集性の処置に結合するためにします。

人工的な筋肉のアプリケーション

この革新的な biomimetic 発見にたくさんのロボティックアプリケーション、ナノテクノロジーおよび薬で使用のための潜在性があります。 またそれが更に nano 機械を組み込む材料および技術を開発するのに使用することができます。

UC サンタ・バーバラの科学者によるスマートなゲルのプロジェクトはまた人間筋肉がどのようにに働くか基本的の制御された収縮を複製してもいいように、人工的な筋肉の開発への重要な貢献です。 それらはまた広範囲スマートな材料、 cytoskeletal 機械工および非平衡の物理学の研究および DNA のナノテクノロジーのようなフィールドに加えることができます。

人工的な筋肉の主なアプリケーションは prosthetics および強さ援助装置にあります。

ただし、粘弾性がある性質は人工的な筋肉がそれにより外部中断のための必要性を除去する懸垂装置として、機能するようにします。 柔らかい性質はそれが楽に傷害を引き起さないで人間で使用されるようにします。 人工的な筋肉の miniaturisability はそれらを小さい、携帯用装置、例えばカメラのために完全にさせます。

専門家はこれらの発見にソフト材料科学および工学の重要な広範囲および長期含意がある、およびことを示します nanomaterials の私達の理解で。

ソース


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

Last Update: 14. June 2013 12:29

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