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Posted in | Bionanotechnology

Da Materiali Ispirati da bio- dei Prodotti di Guida di Risultati di Studio Migliori

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Martelli per la libbra, ragno che la seta è uno di più forti materiali conosciuti: La Ricerca da Markus Buehler del MIT ha contribuito a spiegare che questa concentrazione risulta dall'ordinamento gerarchico insolito della seta delle particelle elementari della proteina.

Questo diagramma della struttura molecolare di una delle versioni artificialmente prodotte della seta del ragno descrive uno che è risultato formare le forti, fibre ben-collegate. Una struttura differente, fatta facendo uso di una variazione degli stessi metodi, non poteva formarsi nelle fibre lunghe state necessarie per renderla utile. Le composizioni Musicali basate sulle due strutture hanno contribuito a mostrare come hanno differito. (Immagine: Markus Buehler)

Ora Buehler - insieme a David Kaplan della Tufts University e Joyce Wong della Boston University - ha sintetizzato le nuove varianti sulla struttura naturale della seta ed ha trovato un metodo per apportare ulteriori miglioramenti nel materiale sintetico.

E un orecchio per musica, risulta, potrebbe essere un tasto ad apportare quei miglioramenti strutturali.

Il lavoro proviene da una collaborazione degli ingegneri civili ed ambientali, dei matematici, degli ingegneri biomedici e dei compositori musicali. I risultati sono riferiti in un documento pubblicato Oggi nel giornale Nano.

“Stiamo provando a avvicinarci a fare i materiali in modo diverso,„ Buehler spieghiamo, “a partire dalle particelle elementari„ - in questo caso, le molecole di proteina che formano la struttura di seta. “È molto duro fare questo; le proteine sono molto complesse.„

Altri gruppi hanno provato a costruire tali fibre a base di proteine facendo uso di un approccio di prova-e-errore, Buehler dice. Ma questo gruppo si è avvicinato sistematicamente al problema, cominciando dalla modellistica del computer delle strutture di fondo che danno alla seta naturale la sua combinazione insolita di concentrazione, di flessibilità e di stretchiness.

La ricerca precedente di Buehler ha determinato che le fibre con una struttura particolare - altamente ordinata, la proteina stratificata struttura alternare con i mucchi densamente imballati e aggrovigliati di proteine (ABABAB) - contribuiscono a dare a seta i sui beni eccezionali. Per questo tentativo iniziale a sintetizzare un nuovo materiale, il gruppo ha scelto di osservare invece i reticoli in quale delle strutture si è presentato in tripletti (AAAB e BBBA).

La Fabbricazione delle tali strutture non è compito semplice. Kaplan, un ingegnere chimico e biomedico, geni producenti seta modificati per produrre queste nuove sequenze delle proteine. Poi Wong, un bioengineer e scienziato dei materiali, ha creato un'unità microfluidic che ha imitato l'organo difilatura del ragno, che è chiamato una filiera.

Anche dopo la modellistica dettagliata del computer che è entrato in, il risultato è venuto come bit di una sorpresa, Buehler dice. Uno di nuovi materiali ha prodotto le molecole di proteina molto forti - ma questi non hanno attaccato insieme come thread. Le altre molecole di proteina più deboli prodotte che hanno aderito bene e formato un buon thread. “Questo ci ha insegnato che che non è sufficiente considerare i beni delle molecole di proteina soli,„ lui dice. “Piuttosto, [uno deve] pensare a come possono combinarsi per formare una rete ben introdotto ad un più grande disgaggio.„

Il gruppo ora sta producendo parecchie più varianti del materiale più ulteriormente per migliorare e verificare i sui beni. Ma una grinza nel loro trattamento può fornire un vantaggio significativo nella capire quali materiali saranno utili e quale non non - e forse anche che potrebbero essere più vantaggiosi per gli usi specifici. Quella nuova e grinza altamente insolita è musica.

I livelli differenti di struttura della seta, Buehler dice, sono analoghi agli elementi gerarchici che compongono una composizione musicale - compreso il passo, l'intervallo, la dinamica ed il tempo. Il gruppo ha arruolato la guida del compositore John McDonald, il professor di musica ai Ciuffi e al postdoc David Spivak, un matematico del MIT che si specializza in un campo chiamato teoria di categoria. Insieme, facendo uso degli strumenti analitici è derivato dalla teoria di categoria per descrivere le strutture della proteina, il gruppo capito come tradurre i dettagli della struttura della seta artificiale in composizioni musicali.

Le differenze erano abbastanza distinte: Il forte ma materiale inutile tradotto in musica che era aggressiva e dura, Buehler dice, mentre quello che ha formato le fibre utilizzabili sonda molto più morbido e più fluido.

Buehler spera questo possa essere intrapreso un'azione più ulteriormente, facendo uso delle composizioni musicali per predire che come le nuove variazioni del materiale potrebbero eseguire. “Stiamo cercando i modi radicalmente nuovi di progettazione dei materiali,„ dice.

Combinando i materiali che modellano con gli strumenti matematici e musicali, Buehler dice, potrebbe fornire un modo molto più veloce di progettazione dei materiali biosynthesized nuovi, sostituente l'approccio di prova-e-errore che prevale oggi. Geneticamente costruire gli organismi per produrre i materiali è un trattamento lungo e scrupoloso, dice, ma questo lavoro “ci ha insegnato un nuovo approccio, una lezione fondamentale„ nella combinazione dell'esperimento, la teoria e la simulazione per accelerare il trattamento di scoperta.

I Materiali hanno prodotto questo modo - che può essere fatto sotto in condizioni ambientali benigno, stati di temperatura ambiente - potrebbe piombo alle nuove particelle elementari per assistenza tecnica del tessuto o altri usi, Buehler dice: impalcature per gli organi della sostituzione, l'interfaccia, i vasi sanguigni, o persino i nuovi materiali per uso nell'ingegneria civile.

Può essere che le strutture complesse di musica possano rivelare le strutture complesse di fondo dei biomateriali trovati in natura, Buehler dice. “Ci potrebbe essere un'espressione strutturale di fondo nella musica che ci dice di più circa le proteine che compongono i nostri organismi. Dopo tutto, i nostri organi - compreso il cervello - sono fatti da queste particelle elementari e dall'espressione degli esseri umani di musica possono comprendere involontariamente più informazioni che siamo informati di.„

“Nessuno ha attinto questo,„ dice, aggiungendo che con la larghezza del suo gruppo pluridisciplinare, “Potremmo fare questo - facendo i migliori dai materiali ispirati da bio- usando la musica ed usando la musica per capire meglio la biologia.„

Sorgente: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:32

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