Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Bionanotechnology

Matériaux Inspirés par bio de Produit d'Aide de Résultats d'Étude de Meilleurs

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Martelez pour livre, araignée que la soie est un des matériaux les plus intenses connus : La Recherche par Markus Buehler du MIT a aidé à expliquer que cette force résulte de l'arrangement hiérarchique inhabituel de la soie des synthons de protéine.

Ce tableau de la structure moléculaire d'une des versions artificiellement produites de la soie d'araignée dépeint un qui s'est avéré former les fibres intenses et bien-jointes. Une structure différente, effectuée utilisant une variation des mêmes méthodes, ne pouvait pas façonner en les longues fibres requises pour la rendre utile. Les compositions Musicales basées sur les deux structures ont aidé à afficher comment elles ont différé. (Image : Markus Buehler)

Maintenant Buehler - avec David Kaplan d'Université de Touffes et Joyce Wong d'Université de Boston - a synthétisé des variantes neuves sur la structure naturelle de la soie, et a trouvé une méthode pour apporter d'autres améliorations dans le matériau synthétique.

Et une oreille pour la musique, il s'avère, pourrait être une clé à apporter ces améliorations structurelles.

Le travail provient d'une collaboration des ingénieurs civils et environnementaux, des mathématiciens, des ingénieurs biomédicaux et des compositeurs musicaux. Les résultats sont enregistrés dans un document publié dans le Nano de tourillon Aujourd'hui.

« Nous essayons d'approcher effectuer des matériaux d'une voie différente, » Buehler explique, « à partir des synthons » - dans ce cas, les molécules de protéine qui forment la structure de la soie. « Il est très difficile de faire ceci ; les protéines sont très complexes. »

D'Autres groupes ont essayé de construire de telles fibres à base de protéines utilisant un élan de test et erreur, Buehler dit. Mais cette équipe a traité le problème systématiquement, commençant par la modélisation d'ordinateur des structures fondamentales qui donnent à la soie naturelle sa combinaison inhabituelle de force, de souplesse et de stretchiness.

La recherche précédente de Buehler a déterminé que les fibres avec une structure particulière - fortement commandée, structures des protéines posées alternant avec les blocs en masse bourrés et embrouillés des protéines (ABABAB) - aident à donner à soie ses propriétés exceptionnelles. Pour cette première tentative à synthétiser un matériau neuf, l'équipe a choisi de regarder au lieu des configurations dans lesquelles des structures se sont produites dans des triplets (AAAB et BBBA).

Effectuer de telles structures n'est aucune tâche simple. Kaplan, un ingénieur chimique et biomédical, gènes séricigènes modifiés pour produire ces séquences neuves des protéines. Puis Wong, un bioengineer et scientifique de matériaux, a produit un dispositif microfluidic qui a imité l'organe de soie-rotation de l'araignée, qui est appelé une filière.

Même après la modélisation détaillée d'ordinateur qui est entrée dans lui, les résultats sont venus comme bit d'une surprise, Buehler dit. Un des matériaux neufs a produit les molécules de protéine très intenses - mais ceux-ci n'ont pas collé ensemble comme fil de discussion. Les autres plus faibles molécules de protéine produites qui ont bien adhéré et formé un bon fil de discussion. « Ceci nous a enseigné que qu'il n'est pas suffisant de considérer les propriétés des molécules de protéine seules, » il dit. « Plutôt, [on doit] penser à la façon dont ils peuvent combiner pour former un réseau avec beaucoup de contacts à une plus grande échelle. »

L'équipe produit maintenant plusieurs plus de variantes du matériau davantage pour améliorer et tester ses propriétés. Mais une ride dans leur procédé peut fournir un avantage important en figurant à l'extérieur qui les matériaux seront utiles et lesquels pas - et peut-être même qui pourrait être plus avantageux pour des usages particuliers. Cette ride neuve et hautement inhabituelle est musique.

Les différents niveaux de la structure de la soie, Buehler dit, est analogue aux éléments hiérarchiques qui composent une composition musicale - comprenant l'hauteur de son, le domaine, la dynamique et le rythme. L'équipe a enrôlé l'aide du compositeur John McDonald, un professeur de musique aux Touffes, et au postdoc David Spivak, un mathématicien de MIT qui se spécialise dans une théorie appelée de catégorie de zone. Ensemble, utilisant des outils d'analyse dérivés de la théorie de catégorie pour décrire les structures des protéines, l'équipe a figuré à l'extérieur comment traduire les détails de la structure de la soie artificielle en compositions musicales.

Les différences étaient tout à fait distinctes : Le matériau intense mais inutile traduit en musique qui était agressive et brutale, Buehler dit, alors que celui qui a formé les fibres utilisables retentit beaucoup plus doux et plus de liquide.

Buehler espère ceci peut être pris une mesure davantage, utilisant les compositions musicales pour prévoir qu'à quel point les variations neuves du matériau pourraient exécuter. « Nous recherchons des voies radicalement neuves de concevoir des matériaux, » il dit.

La Combinaison des matériaux modélisant avec les outils mathématiques et musicaux, Buehler dit, pourrait fournir une voie beaucoup plus rapide de concevoir les matériaux biosynthesized neufs, remontant l'élan de test et erreur qui règne aujourd'hui. Concevoir Génétiquement des organismes pour produire des matériaux est un long, soigneux procédé, il dit, mais ce travail « nous a enseigné un élan neuf, une leçon principale » en combinant l'expérience, la théorie et la simulation pour accélérer le processus de découverte.

Les Matériaux ont produit de cette façon - qui peut être faite sous ambiant bénin, des états de température ambiante - pourrait mener aux synthons neufs pour le bureau d'études de tissu ou d'autres utilisations, Buehler dit : échafaudages pour les organes de rechange, la peau, les vaisseaux sanguins, ou même les matériaux neufs pour l'usage dans le génie civil.

Il se peut que les structures complexes de la musique puissent indiquer les structures complexes fondamentales des biomatériaux trouvés en nature, Buehler dit. « Il pourrait y a une expression structurelle fondamentale dans la musique qui nous indique davantage au sujet des protéines qui composent nos fuselages. Après tout, nos organes - comprenant le cerveau - sont effectués à partir de ces synthons, et d'expression des êtres humains de la musique peuvent par mégarde comprendre plus d'information que nous nous rendons compte de. »

« Personne n'a branché sur ceci, » il dit, ajoutant qu'avec la largeur de son équipe multidisciplinaire, « Nous pourrions faire ceci - effectuant de meilleurs matériaux inspirés par bio à l'aide de la musique, et employant la musique pour comprendre mieux la biologie. »

Source : http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:31

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit