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Posted in | Bionanotechnology

Materiales Bio-Inspirados de la Producción de la Ayuda de los Resultados del Estudio Mejores

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Golpee para la libra, araña que es la seda uno de los materiales más fuertes sabidos: La Investigación de Markus Buehler del MIT ha ayudado a explicar que esta fuerza se presenta de la ordenación jerárquica inusual de la seda de los bloques huecos de la proteína.

Este diagrama de la estructura molecular de una de las versiones artificial producidas de la seda de la araña representa uno que resultó formar fibras fuertes, bien-conectadas. Una diversa estructura, hecha usando una variación de los mismos métodos, no podía formar en las fibras largas necesarias para hacerla útil. Las composiciones Musicales basadas en las dos estructuras ayudaron a mostrar cómo difirieron. (Imagen: Markus Buehler)

Ahora Buehler - así como David Kaplan de la Universidad de los Penachos y Joyce Wong de la Universidad de Boston - ha sintetizado nuevas variantes en la estructura natural de la seda, y ha encontrado un método para llevar a cabo otras mejoras en el material sintetizado.

Y un oído para la música, resulta, puede ser que sea un clave a llevar a cabo esas mejoras estructurales.

El trabajo proviene una colaboración de representantes técnicos civiles y ambientales, de matemáticos, de representantes técnicos biomédicos y de compositores musicales. Los resultados están señalados en un papel publicado en el gorrón Nano Hoy.

“Estamos intentando acercarnos a hacer los materiales de una manera diferente,” Buehler explicamos, “a partir de los bloques huecos” - en este caso, las moléculas de proteína que forman la estructura de la seda. “Es muy duro hacer esto; las proteínas son muy complejas.”

Otros grupos han intentado construir tales fibras a base de proteínas usando una aproximación del ensayo y error, Buehler dice. Pero estas personas han abordado el problema sistemáticamente, empezando por el modelado del ordenador de las estructuras subyacentes que dan a seda natural su combinación inusual de la fuerza, de la adaptabilidad y del stretchiness.

La investigación anterior de Buehler ha determinado que las fibras con una estructura determinada - pedida altamente, la proteína acodada estructura la alternancia con los grupos denso pila de discos, enredados de las proteínas (ABABAB) - ayudan a dar a seda sus propiedades excepcionales. Para esta tentativa inicial en la sintetización de un nuevo material, las personas eligieron mirar en lugar de otro los modelos en cuál de las estructuras ocurrió en tríos (AAAB y BBBA).

La Fabricación de tales estructuras no es ninguna tarea simple. Kaplan, un representante técnico químico y biomédico, genes productores de seda modificados para producir estas nuevas series de proteínas. Entonces Wong, bioengineer y científico de los materiales, creó un dispositivo microfluidic que imitó el órgano de seda-giro de la araña, que se llama una hilera.

Incluso después el modelado detallado del ordenador que entró él, el resultado vino como dígito binario de una sorpresa, Buehler dice. Uno de los nuevos materiales produjo las moléculas de proteína muy fuertes - pero éstos no adhirieron juntos como cuerda de rosca. Las otras moléculas de proteína más débiles producidas que se adhirieron bien y formado una buena cuerda de rosca. “Esto nos enseñó que a que no es suficiente considerar las propiedades de las moléculas de proteína solas,” él dice. “Bastante, [uno debe] pensar en cómo pueden combinar para formar una red bien conectada en una escala más grande.”

Las personas ahora están produciendo varias más variantes del material para mejorar y para probar más lejos sus propiedades. Pero una arruga en su proceso puede proporcionar a una ventaja importante en imaginar que los materiales sean útiles y cuáles no - y quizás incluso que pudo ser más ventajoso para las aplicaciones específicas. Esa arruga nueva y altamente inusual es música.

Los diversos niveles de la estructura de la seda, Buehler dice, es análogos a los elementos jerárquicos que componen una composición musical - incluyendo tono, rango, dinámica y tempo. Las personas alistaron la ayuda del compositor Juan McDonald, profesor de la música en los Penachos, y el postdoc David Spivak, matemático del MIT que se especializa en un campo llamado teoría de la categoría. Junto, usando las herramientas analíticas derivadas de teoría de la categoría para describir las estructuras de la proteína, las personas imaginaron cómo traducir los detalles de la estructura de la sede artificial a las composiciones musicales.

Las diferencias eran muy distintas: El material fuerte pero inútil traducido a la música que era agresiva y dura, Buehler dice, mientras que el que formó fibras usables suena mucho más suave y más flúido.

Buehler espera esto se pueda tomar una medida más lejos, usando las composiciones musicales para predecir que como de bien las nuevas variaciones del material pudieron realizarse. “Estamos buscando radicalmente nuevas maneras de diseñar los materiales,” él dice.

Combinar los materiales que modelaban con las herramientas matemáticas y musicales, Buehler dice, podría proporcionar a una manera mucho más rápida de diseñar los nuevos materiales biosynthesized, reemplazando la aproximación del ensayo y error que prevalece hoy. Genético dirigir organismos para producir los materiales es un proceso largo, cuidadoso, él dice, pero este trabajo “nos ha enseñado a una nueva aproximación, a una lección fundamental” en combinar el experimento, a teoría y a la simulación para acelerar el proceso de descubrimiento.

Los Materiales produjeron esta manera - que se puede hacer bajo ambientalmente benigno, las condiciones de la temperatura ambiente - podría llevar a los nuevos bloques el hueco para la ingeniería del tejido u otras aplicaciones, Buehler dice: andamios para los órganos del repuesto, la piel, los vasos sanguíneos, o aún los nuevos materiales para el uso en el genio civil.

Puede ser que las estructuras complejas de la música puedan revelar las estructuras complejas subyacentes de los biomateriales encontrados en naturaleza, Buehler dice. “Pudo haber una expresión estructural subyacente en la música que nos informa más sobre las proteínas que componen nuestros cuerpos. Con todo nuestros órganos - incluyendo el cerebro - se hacen de estos bloques huecos, y de la expresión de los seres humanos de la música pueden incluir inadvertidamente más información que somos conscientes de.”

“Nadie ha golpeado ligeramente en esto,” él dice, agregando eso con la anchura de sus personas multidisciplinarias, “Podríamos hacer esto - haciendo los materiales mejor bio-inspirados usando música, y con música para entender mejor biología.”

Fuente: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:33

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