De nano-machines Gedragen zich Als Menselijke Spier

Door Zal Soutter

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Ontwikkeling van nano-Machines
Wat zijn Supramolecular Polymeren?
Toepassingen van Kunstmatige Spieren
Bronnen

Inleiding

Onlangs, is een onderzoekteam van het Centrum National DE La Recherche Scientifique (CNRS) in Frankrijk, dat door Nicolas Giuseppone en het werken bij laboratoria over het land wordt geleid, met een doorbraakinnovatie op het gebied van nanoscience - assemblage van nano-machines in structuren op de proppen gekomen die kunnen gecoördineerde samentrekkingsbeweging veroorzaken die op de beweging van spiervezels in mensen lijkt.

In een andere innovatieve doorbraak, werkten de wetenschappers van UC Kerstman Barbara, Omar Saleh, en Deborah Fygenson samen om een dynamisch gel te creëren dat van DNA wordt gemaakt en mechanisch aan stimuli kan antwoorden enkel de manier de menselijke cellen zouden doen. Het gel is passend genoemd ` slim materiaal'.

Het gel van DNA bevat stijve DNA nanotubes dat met elkaar via lange, plooibare linkers van DNA worden verbonden. FtsK50C, een motorproteïne, helpt om aan speciale plaatsen op linkers te binden. om zich nanotubes samen te trekken en het gel te verstevigen, wordt ATP, een biochemische brandstof, geïntroduceerd aan het gel, dat de motormolecules om in linkers helpt te winden waaraan zij verbindend zijn.

Beide ontwikkelingen zullen belangrijke gevolgen op diverse onderzoekgebieden hebben, van robotica en medische prosthetics aan diepgaand onderzoek naar het gedrag van complex nanostructured materialen.

Ontwikkeling van nano-Machines

De Menselijke spieren worden gecontroleerd door de gecoördineerde beweging van duizenden eiwitvezels - natuurlijke nano-machines. De Proteïnen in aard kunnen functies uitoefenen dergelijk vervoer van ionen, synthese van ATP en celafdeling, die allen essentiële onderdelen van een het leven organisme zijn.

Het onderzoek van de Nanotechnologie is deze functies met kunstmatige nano- machines begonnen te kunnen nabootsen. Nochtans, zijn er beperkingen; deze machines kunnen slechts individueel over afstanden van de orde van een nanometer functioneren.

Dit is waar het werk van het team van Giuseppone binnen komt. Zij konden duizenden nano-machines, elk combineren geschikt voor telescopische motie van ongeveer 1nm, en hun beweging op een goed-gecoördineerde manier vergroten. Het team bereikte dit door lange polymeerkettingen via supramolecular banden eerst samen te stellen. De gelijktijdige bewegingen van de nano-machines werden beïnvloed door pH om de polymeerkettingen toe te laten om ongeveer 10 µm aan te gaan of uit te breiden, waarbij de beweging door een factor van 10.000 wordt overdreven.

De bacteriële motorproteïne, FtsK50C, stond de wetenschappers toe om het gel toe te laten om in zelfde maniercytoskeletons aan te gaan en te verstevigen reageert aan motor eiwitmyosin. Om de beweging van het gel te controleren, bevestigden zij een uiterst kleine parel aan zijn oppervlakte en berekenden zijn positie before and after activering met de motorproteïne. Het gel werd gevonden om gelijkaardige actieve variaties en werktuigkundigen aan dat van cellen te hebben. Enkel als een adenosine van het celgebruik trifosfaat (ATP) voor energie, gebruikt dit slimme gel van DNA ATP voor beweging.

De innovatie van Dit gel komt duidelijk uit aangezien het gebruik van ATP snellere en sterkere werktuigkundigen dan andere slimme gelen bevordert die op synthetische polymeren worden gebaseerd. Het kan nu aan studie verder over worden gebruikt hoe cytoskeletons werken.

Een gel dat uit stijve DNA nanotubes en flexibele linkers van DNA wordt samengesteld kan worden gemaakt van flexibele gebruikende ATP stijf als chemische trekker. Het krediet van het Beeld: Peter Allen, UCSB.

Wat zijn Supramolecular Polymeren?

De Polymeren zijn lange moleculaire kettingen, die uit velen bestaan die eenheden herhalen die door covalente chemische banden worden verbonden. Supramolecular polymeren zijn lichtjes verschillend in structuur, nochtans. Zij worden nog samengesteld uit series van monomeereenheden, maar zij worden samengebonden door vrij zwakke, omkeerbare, niet covalente banden, b.v. waterstofbanden.

De richtingen en de sterke punten van de banden zijn fijn gestemd om ervoor te zorgen dat de serie van moleculeshandeling als polymeer. De omkeerbaarheid van de niet covalente banden betekent dat de supramolecular polymeren slechts in bepaalde omstandigheden worden gevormd, en de lengten van de kettingen zijn direct verbonden met de temperatuur, de sterkte van de niet covalente band, en de concentratie van het monomeer.

In het werk dat door de wetenschappers van CNRS wordt gedaan, werd tuneability van supramolecular polymeren gebruikt om tot structuren te leiden die op zich precies de vereiste manier - in dit geval zouden gedragen, toestaand de monomeereenheden om fysisch op elkaar in te werken, om hun individuele bewegingen in een coherente actie op veel grotere schaal te combineren.

Toepassingen van Kunstmatige Spieren

Deze innovatieve biomimetic ontdekking heeft het potentieel voor gebruik in scores van robotachtige toepassingen, nanotechnologie en geneeskunde. Het kan ook worden gebruikt om verder materialen en technologieën te ontwikkelen die nano-machines opnemen.

Het slimme gelproject door UC de wetenschappers van Barbara van de Kerstman zal ook een significante bijdrage tot ontwikkeling van kunstmatige spieren zijn, aangezien zij de gecontroleerde samentrekkingen kunnen herhalen die fundamenteel zijn voor hoe de menselijke spier werkt. Zij kunnen ook op brede waaier van gebieden zoals slimme materialen, cytoskeletal werktuigkundigen en van de onevenwichtsfysica onderzoek, en de nanotechnologie van DNA worden toegepast.

De belangrijkste toepassing van kunstmatige spieren is in prosthetics en sterkte-woont apparaten bij.

Nochtans, staat de viscoelastic aard kunstmatige spieren toe om als opschortingssystemen dienst te doen, daardoor eliminerend de behoefte aan externe opschorting. De zachte aard laat het toe om comfortabel in mensen worden gebruikt zonder verwonding te veroorzaken. Miniaturisability van de kunstmatige spieren maakt hen voor kleine, draagbare apparatuur, b.v. camera's perfect.

De Deskundigen verklaren dat deze ontdekkingen significante wide-reaching en op lange termijn implicaties in zacht-materialenwetenschap en techniek, en in ons begrip van nanomaterials zullen hebben.

Bronnen


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

Last Update: 14. June 2013 12:14

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit