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As Nano-Máquinas Comportam-se Como o Músculo Humano

Pela Vontade Soutter

Assuntos Cobertos

Introdução
Revelação das Nano-Máquinas
Que são Polímeros Supramoleculares?
Aplicações dos Músculos Artificiais
Fontes

Introdução

Recentemente, uma equipa de investigação do Centro Nacional de la Pesquisa Scientifique (CNRS) em França, conduzido por Nicolas Giuseppone e trabalho em laboratórios em todo o país, veio acima com uma inovação da descoberta no campo do nanoscience - conjunto das nano-máquinas nas estruturas que podem produzir o movimento coordenado da contracção que se assemelha ao movimento de fibras musculares nos seres humanos.

Em uma outra descoberta inovativa, os cientistas de UC Santa Barbara, Omar Saleh, e Deborah Fygenson trabalharam junto para criar um gel dinâmico que fosse feito do ADN e pudesse mecanicamente responder aos estímulos apenas a maneira que as pilhas humanas fariam. O gel foi denominado aptly o ` material esperto'.

O gel do ADN contem os nanotubes duros que são conectados entre si através de por muito tempo, linkers flexíveis do ADN do ADN. FtsK50C, uma proteína do motor, ajuda a ligar aos locais especiais nos linkers. A fim desenhar junto os nanotubes e endurecer o gel, o ATP, um combustível bioquímico, é introduzido ao gel, que ajuda as moléculas do motor a bobinar nos linkers a que são limitadas.

Both of these revelações terão conseqüências importantes em vários campos da pesquisa, da robótica e das próteses médicas à pesquisa detalhada no comportamento de materiais nanostructured complexo.

Revelação das Nano-Máquinas

Os músculos Humanos são controlados pelo movimento coordenado dos milhares de fibras da proteína - nano-máquinas naturais. As Proteínas na natureza são capazes de executar funções tal transporte dos íons, síntese do ATP e divisão de pilha, que são todas as partes essenciais de um organismo vivo.

A pesquisa da Nanotecnologia começou a poder imitar estas funções com as máquinas nano sintéticas. Contudo, há umas limitações; estas máquinas podem somente funcionar individualmente sobre distâncias do pedido de um nanômetro.

Isto é o lugar aonde o trabalho da equipe de Giuseppone entra. Podiam combinar aproximadamente nano-máquinas dos milhares, cada um capaz do movimento telescópico de 1nm, e amplificam seu movimento em uma maneira bem-coordenada. A equipe conseguiu esta primeiramente sintetizando correntes longas do polímero através das ligações supramoleculares. Os movimentos simultâneos das nano-máquinas foram influenciados pelo pH para permitir as correntes do polímero de contratar ou estender o µm aproximadamente 10, assim ampliando o movimento por um factor de 10.000.

A proteína bacteriana do motor, FtsK50C, permitiu que os cientistas permitissem o gel de contratar e para endurecer-se da mesma forma os cytoskeletons reagem ao myosin da proteína do motor. Para monitorar o movimento do gel, fixaram um grânulo minúsculo a sua superfície e calcularam sua posição antes e depois da activação com a proteína do motor. O gel foi encontrado para ter variações activas similares e mecânicos àquele das pilhas. Apenas como uma pilha usa o triphosphate de adenosina (ATP) para a energia, este ATP esperto dos usos do gel do ADN para o movimento.

A inovação dEste gel está para fora enquanto o uso do ATP promove uns mecânicos mais rápidos e mais fortes do que outros geles espertos baseados em polímeros sintéticos. Pode-se agora usar-se para estudar mais sobre como os cytoskeletons trabalham.

Um gel compo de nanotubes duros do ADN e de linkers flexíveis do ADN pode ser reforçado do ATP de utilização flexível como um disparador químico. Crédito de Imagem: Peter Allen, UCSB.

Que são Polímeros Supramoleculares?

Os Polímeros são por muito tempo correntes moleculars, consistindo em muitas unidades de repetição conectadas por ligações químicas covalent. Os polímeros Supramoleculares são ligeira diferentes na estrutura, contudo. São compo ainda das disposições de unidades do monómero, mas sãos junto por ligações relativamente fracas, reversíveis, não-covalent, por exemplo ligações de hidrogênio.

Os sentidos e as forças das ligações ajustados finamente para assegurar-se de que a disposição de moléculas actue como um polímero. O reversibility das ligações não-covalent significa que os polímeros supramoleculares estão formados somente sob certas condições, e os comprimentos das correntes são ligados directamente à temperatura, à força da ligação não-covalent, e à concentração do monómero.

No trabalho feito pelos cientistas de CNRS, o tuneability de polímeros supramoleculares foi usado para criar as estruturas que se comportariam exactamente na maneira exigida - neste caso, permitindo que as unidades do monómero interajam fisicamente, para combinar seus movimentos individuais em uma acção coerente em uma escala muito maior.

Aplicações dos Músculos Artificiais

Esta descoberta biomimetic inovativa tem o potencial para o uso nas contagens de aplicações robóticos, de nanotecnologia e de medicina. Pode igualmente ser usada para desenvolver mais os materiais e as tecnologias que incorporam nano-máquinas.

O projecto esperto do gel por cientistas do UC Santa Barbara igualmente será uma contribuição significativa para a revelação dos músculos artificiais, como podem replicate as contracções controladas que são fundamentais a como o músculo humano funciona. Podem igualmente ser aplicados à vasta gama de campos tais como materiais espertos, mecânicos cytoskeletal e pesquisa da física do desequilíbrio, e nanotecnologia do ADN.

A aplicação principal dos músculos artificiais está nas próteses e nos dispositivos da força-assistência.

Contudo, a natureza viscoelastic permite que os músculos artificiais actuem como os sistemas de suspensão, eliminando desse modo a necessidade para a suspensão externo. A natureza macia permite que seja usada confortavelmente nos seres humanos sem causar ferimento. O miniaturisability dos músculos artificiais fá-los perfeitos para o equipamento pequeno, portátil, por exemplo câmeras.

Os Peritos indicam que estas descobertas terão implicações de grande porte e a longo prazo significativas na ciência e na engenharia dos macio-materiais, e em nossa compreensão dos nanomaterials.

Fontes


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

Last Update: 14. June 2013 12:46

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