Posted in | Bionanotechnology

Beter bio-Geïnspireerd van de Opbrengst van de Hulp van de Resultaten van de Studie Materialen

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Het Pond voor pond, spinzijde is één van de sterkste gekende materialen: Het Onderzoek door Markus Buehler heeft van MIT helpen verklaren dat deze sterkte van de ongebruikelijke hiërarchische regeling van de zijde van eiwitbouwstenen het gevolg is.

Dit diagram van de moleculaire structuur van één van de kunstmatig veroorzaakte versies van spinzijde schildert af die bleek om sterke, goed-verbonden vezels te vormen. Een verschillende structuur, gemaakt gebruikend een variatie van de zelfde methodes, kon niet zich in de lange vezels vormen nodig om het nuttig te maken. De Muzikale samenstellingen die op de twee structuren worden gebaseerd hielpen om te tonen hoe zij verschilden. (Beeld: Markus Buehler)

Nu heeft Buehler - samen met David Kaplan van de Universiteit en Joyce Wong van Bosjes van de Universiteit van Boston - nieuwe varianten op de natuurlijke structuur van de zijde samengesteld, en een methode gevonden om verdere verbeteringen in het synthetische materiaal te maken.

En een oor voor muziek, blijkt het, zou een sleutel kunnen zijn aan het maken van die structurele verbeteringen.

Het werk stamt uit een samenwerking van burgerlijke en milieuingenieurs, wiskundigen, biomedische ingenieurs en muzikale componisten. De resultaten worden in een document gemeld dat in het Vandaag Nano dagboek wordt gepubliceerd.

„Wij proberen om het maken van materialen op een verschillende manier te naderen,“ Buehler verklaart, „beginnend van de bouwstenen“ - in dit geval, de eiwitmolecules die de structuur van zijde vormen. „Het is zeer moeilijk om dit te doen; de proteïnen zijn zeer complex.“

Andere groepen hebben geprobeerd om dergelijke vezels op basis van eiwitten te construeren gebruikend een vallen en opstaanbenadering, zegt Buehler. Maar dit team is het probleem systematisch, om te beginnen met computer modellering van de onderliggende structuren genaderd die de natuurlijke zijde zijn ongebruikelijke combinatie van sterkte, flexibiliteit en stretchiness geven.

Heeft het vorige onderzoek van Buehler bepaald dat de vezels met een bepaalde hoogst bevolen structuur -, gelaagde eiwitstructuren die met dicht ingepakte, verwarde massa's van proteïnen (ABABAB) afwisselen - helpen om zijde zijn uitzonderlijke eigenschappen te geven. Voor deze aanvankelijke poging tot het samenstellen van een nieuw materiaal, verkoos het team om te bekijken in plaats daarvan patronen waarin één van de structuren in drietallen (AAAB en BBBA) voorkwam.

Het Maken van dergelijke structuren is geen eenvoudige taak. Kaplan, een chemische en biomedische ingenieur, wijzigden silk-producing genen om deze nieuwe opeenvolgingen van proteïnen te veroorzaken. Dan leidden Wong, een bioengineer en een materialenwetenschapper, tot een microfluidic apparaat dat het zijde-spinnend orgaan van de spin nabootste, dat een spindop wordt genoemd.

Zelfs nadat de gedetailleerde computer die die in het modelleert ging, het resultaat als bit van een verrassing kwam, zegt Buehler. Één van de nieuwe materialen produceerde zeer sterke eiwitmolecules - maar deze plakten niet samen als draad. De andere geproduceerde zwakkere eiwitmolecules die goed aanhingen en een goede draad vormden. „Dit onderwees ons dat het niet volstaat om de eigenschappen van de eiwit alleen molecules te overwegen,“ hij zegt. „Eerder, [men moet] over hoe denken zij kunnen combineren om een goed-verbonden netwerk bij een grotere schaal te vormen.“

Het team veroorzaakt nu nog meer varianten van het materiaal om zijn eigenschappen verder te verbeteren en te testen. Maar één rimpel in hun proces kan een significant voordeel verstrekken in het berekenen van welke materialen nuttig zullen zijn en welke degenen niet - en misschien zullen zelfs wat voor specifiek gebruik voordeliger zou kunnen zijn. Die nieuwe en hoogst ongebruikelijke rimpel is muziek.

De verschillende niveaus van de structuur van de zijde, Buehler zegt, zijn analoog aan de hiërarchische elementen die omhoog een muzikale samenstelling - met inbegrip van hoogte, waaier, dynamica en tempo maken. Het team wierf de hulp van componist John McDonald, een professor van muziek bij Bosjes aan, en MIT postdoc David Spivak, een wiskundige die zich in een gebied genoemd categorietheorie specialiseert. Samen, gebruikend analytische hulpmiddelen die uit categorietheorie worden afgeleid om de eiwitstructuren te beschrijven, berekende het team hoe te om de details van de structuur van de kunstzijde in muzikale samenstellingen te vertalen.

De verschillen waren vrij verschillend: Het sterke maar nutteloze materiaal dat in muziek wordt vertaald die agressief en ruw was, Buehler zegt, terwijl die bruikbare vezels vormde veel zachter en vloeibaarder klinkt.

Buehler hoopt dit een maatregel kan worden getroffen verder, gebruikend de muzikale samenstellingen om hoe goed te voorspellen zouden de nieuwe variaties van het materiaal kunnen presteren. „Wij zoeken radicaal nieuwe manieren om materialen te ontwerpen,“ hij zegt.

Combinerend materialen die met wiskundige en muzikale hulpmiddelen modelleren, zegt Buehler, kon verstrekken een veel snellere nieuwe manier te ontwerpen om materialen biosynthesized, die de vallen en opstaanbenadering vervangen die vandaag heerst. Genetisch is de techniekorganismen om materialen te produceren een lang, nauwgezet proces, zegt hij, maar dit werk heeft „ons een nieuwe benadering, een fundamentele les“ in het combineren van experiment, theorie en simulatie onderwezen om het ontdekkingsproces te versnellen.

De Materialen veroorzaakten deze manier - die onder ecologisch goedaardig kan worden gedaan, ruimte-temperatuur voorwaarden - kon tot nieuwe bouwstenen voor weefseltechniek leiden of ander gebruik, Buehler zegt: steigers voor vervangingsorganen, huid, bloedvat, of zelfs nieuwe materialen voor gebruik in burgerlijke bouwkunde.

Het kan zijn dat de complexe structuren van muziek de onderliggende complexe structuren van biologisch materialen kunnen openbaren die in aard worden gevonden, zegt Buehler. „Er zou een onderliggende structurele uitdrukking in muziek kunnen zijn die ons meer over de proteïnen vertelt die omhoog onze organismen maken. Toch worden onze organen - met inbegrip van de hersenen - gemaakt van deze bouwstenen, en de uitdrukking van mensen van muziek kan meer informatie per ongeluk omvatten dat wij van.“ ons bewust zijn

„Niemand heeft in dit onttrokken,“ hij zegt, toevoegend dat met de breedte van zijn multidisciplinair team, „Wij dit konden doen - makend betere bio-geïnspireerde materialen door muziek te gebruiken, en muziek te gebruiken om biologie beter te begrijpen.“

Bron: 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