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Materiais Bio-Inspirados do Produto da Ajuda dos Resultados do Estudo Melhores

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Martele para a libra, aranha que a seda é um dos materiais os mais fortes conhecidos: A Pesquisa pelo Markus Buehler do MIT ajudou a explicar que esta força elevara do regime hierárquico incomum da seda de blocos de apartamentos da proteína.

Este diagrama da estrutura molecular de uma das versões artificial produzidas da seda da aranha descreve um que despejou formar fibras fortes, bem-ligadas. Uma estrutura diferente, feita usando uma variação dos mesmos métodos, não podia formar nas fibras longas necessários para fazê-la útil. As composições Musicais baseadas nas duas estruturas ajudaram a mostrar como diferiram. (Imagem: Markus Buehler)

Buehler - junto com David Kaplan da Universidade dos Topetes e Joyce Wong da Universidade de Boston - tem sintetizado Agora variações novas na estrutura natural da seda, e tem encontrado um método para fazer umas melhorias mais adicionais no material sintético.

E uma orelha para a canção, despeja, pôde ser uma chave a fazer aquelas melhorias estruturais.

O trabalho provem de uma colaboração de coordenadores civis e ambientais, de matemáticos, de coordenadores biomedicáveis e de compositores musicais. Os resultados são relatados em um papel publicado no jornal Nano Hoje.

“Nós estamos tentando aproximar a factura de materiais de uma forma diferente,” Buehler explicamos, “partindo dos blocos de apartamentos” - neste caso, as moléculas de proteína que formam a estrutura da seda. “É muito duro fazer isto; as proteínas são muito complexas.”

Outros grupos tentaram construir tais fibras proteína-baseadas usando uma aproximação da tentativa e erro, Buehler diz. Mas esta equipe aproximou o problema sistematicamente, começando com modelagem do computador das estruturas subjacentes que dão à seda natural sua combinação incomum de força, de flexibilidade e de stretchiness.

A pesquisa precedente de Buehler determinou que as fibras com uma estrutura particular - pedida altamente, a proteína mergulhada estrutura alternar com os grupos densa embalados, tangled das proteínas (ABABAB) - ajudam a dar a seda suas propriedades excepcionais. Para esta tentativa inicial em sintetizar um material novo, a equipe escolheu olhar pelo contrário em testes padrões em qual das estruturas ocorreu nas objectivas triplas (AAAB e BBBA).

Fazer tais estruturas não é nenhuma tarefa simples. Kaplan, um coordenador químico e biomedicável, alterado seda-produzindo genes para produzir estas seqüências novas das proteínas. Então Wong, um bioengineer e cientista dos materiais, criou um dispositivo microfluidic que imitasse o órgão degiro da aranha, que é chamado uma fieira.

Mesmo depois a modelagem detalhada do computador que entrou nele, o resultado veio como um bit de uma surpresa, Buehler diz. Um dos materiais novos produziu moléculas de proteína muito fortes - mas estes não colaram junto como uma rosca. As outras moléculas de proteína mais fracas produzidas que aderiram bem e formado uma boa rosca. “Isto ensinou-nos que que não é suficiente considerar as propriedades das moléculas de proteína sozinhas,” ele diz. “Um Pouco, [um deve] para pensar sobre como podem combinar para formar uma rede bem relacionado em uma escala maior.”

A equipe está produzindo agora diversas mais variações do material para melhorar e testar mais suas propriedades. Mas um enrugamento em seu processo pode fornecer uma vantagem significativa na figuração para fora que os materiais serão úteis e qual não - e talvez mesmo em que pôde ser mais vantajoso para usos específicos. Esse enrugamento novo e altamente incomum é canção.

Os níveis diferentes da estrutura da seda, Buehler diz, é análogos aos elementos hierárquicos que compo uma composição musical - incluir o passo, a escala, a dinâmica e o ritmo. A equipe recrutou a ajuda do compositor John McDonald, um professor de canção em Topetes, e em postdoc David Spivak do MIT, um matemático que se especializasse em um campo chamado teoria da categoria. Junto, usando as ferramentas analíticas derivadas da teoria da categoria para descrever as estruturas da proteína, a equipe figurou para fora como traduzir os detalhes da estrutura de seda artificial em composições musicais.

As diferenças eram bastante distintas: O material forte mas inútil traduzido na canção que era agressiva e áspera, Buehler diz, quando esse que formou fibras úteis soar muito mais macio e mais fluido.

Buehler espera que este pode ser tomado uma etapa mais, usando as composições musicais para prever como as variações novas boas do material puderam executar. “Nós estamos procurando maneiras radical novas de projetar materiais,” diz.

Combinar os materiais que modelam com as ferramentas matemáticas e musicais, Buehler diz, poderia fornecer uma maneira muito mais rápida de projetar materiais biosynthesized novos, substituindo a aproximação da tentativa e erro que prevalece hoje. Genetically projetar organismos para produzir materiais é um processo longo, cuidadoso, diz, mas este trabalho “ensinou-nos uma aproximação nova, uma lição fundamental” em combinar a experiência, a teoria e a simulação para acelerar o processo de descoberta.

Os Materiais produziram esta maneira - que pode ser feita sob ambiental benigno, condições da temperatura ambiente - poderia conduzir aos blocos de apartamentos novos para a engenharia do tecido ou outros usos, Buehler diz: andaimes para órgãos da substituição, pele, vasos sanguíneos, ou mesmo materiais novos para o uso na engenharia civil.

Pode-se ser que as estruturas complexas da canção possam revelar as estruturas complexas subjacentes dos matérias biológicos encontrados na natureza, Buehler diz. “Pôde haver uma expressão estrutural subjacente na canção que nos diz mais sobre as proteínas que compo nossos corpos. Apesar de tudo, nossos órgãos - incluindo o cérebro - são feitos destes blocos de apartamentos, e de expressão dos seres humanos da canção podem inadvertidamente incluir mais informação que nós estamos cientes de.”

“Ninguém bateu neste,” diz, adicionando isso com a largura de sua equipe multidisciplinar, “Nós poderíamos fazer este - fazendo materiais melhor bio-inspirados usando a canção, e usando a canção para compreender melhor a biologia.”

Source: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:33

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