Posted in | Bionanotechnology

Material för Jordbruksprodukter för StudieResultatHjälp Bättre Bio-Inspirerade

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

Dunka för dunkar, spindeln som silk är ett av de bekant starkaste materialen: Forskning av MITS Markus Buehler har hjälpt att förklara att denna styrka uppstår från silks ovanliga hierarkiska ordning av byggande kvarter för protein.

Detta diagram av det molekylärt strukturerar av en av de konstgjort producerade versionerna av spindeln som silk visar en, som vände ut för att bilda starka brunn-anknöt fibrer. Ett olikt strukturerar, gjort genom att använda en variation av de samma metoderna, var inte kompetent att bilda in i de långa fibrerna som behövs för att göra den användbar. Musikaliska sammansättningar som baseras på tvåna strukturerar hjälpt att visa hur de skilja sig åt. (Avbilda: Markus Buehler)

Nu har Buehler - samman med David Kaplan av Tufts Universitetar och Joyce Wong av den Boston Universitetar - synthesized nya variants på naturlig silks strukturerar och grundar en metod för mer ytterligare förbättringar för danande i den materiella syntetmaterialet.

Och en gå i ax för musik, vänder den ut, styrkan är ett nyckel- till danande de strukturella förbättringar.

Arbetet stems från ett samarbete av borgerligt, och miljö- iscensätter, mathematicians, iscensätter biomedicalen och musikaliska kompositörer. Resultaten anmälas i ett pappers- som I Dag publiceras i den Nano föra journal över.

”Är Vi prövas att att närma sig danandematerial i ett olikt långt,” Buehler förklarar, ”start från de byggande kvarteren” - i detta fall, proteinmolekylarna som bildar strukturera av silk. ”Är Det mycket hårt att göra detta; proteiner är mycket komplexa.”,

Andra grupper har försökt till tankeskapelsen som sådan protein-baserade fibrer som använder ettfel, att närma sig, Buehler något att säga. Men detta lag har att närma sig problemet systematiskt, strukturerar start med att modellera för dator av det bakomliggande som ger den naturliga silken dess ovanliga kombination av styrka, böjlighet och stretchinessen.

Buehlers har föregående forskning beslutsamt att fibrer med en detalj strukturerar - högt beställt i lagert protein strukturerar att växla med tätt packade tilltrasslade ruggar av proteiner (ABABAB) - hjälper att ge silk dess ovanliga rekvisita. För detta initiala försök på synthesizing ett nytt materiellt, valde laget att se i stället på mönstrar i, vilket av strukturerar uppstått i triplets (AAAB och BBBA).

Sådan Danande strukturerar är ingen enkel uppgift. Kaplan, ett kemiskt och biomedicalen iscensätter, ändrat silk-producera gener till jordbruksprodukter som dessa nytt ordnar av proteiner. Därefter skapade Wong, en bioengineer och materialforskare, en microfluidic apparat som efterapade spindel detsnurr organ, som kallas en spinneret.

Efter Även specificerat modellera för dator, som gick in i det, resultatet kom som lite en överrrakning, Buehler något att säga. Ett av de nya materialen producerade mycket starka proteinmolekylar - men dessa klibbade inte tillsammans som en tråd. De andra producerade svagare proteinmolekylarna, som klibbade väl, och bildat en bra tråd. ”Undervisade Detta oss, att det inte är tillräckligt att betrakta rekvisitan av proteinmolekylarna ensam,” honom något att säga. ”Ganska, [en måste], knyter kontakt funderare om, hur de kan sammanslutningen att bilda brunn-förbindelse, på ett större fjäll.”,

Laget producerar nu flera mer variants av det materiellt vidare för att förbättra och testa dess rekvisita. Men man rynkar i deras processaa kan ge en viktig fördel, i att figurera ut som material ska är användbara, och vilka ska inte - och som kanske även kan, var mer fördelaktig för specifikt bruk. Det nytt och högt ovanligt rynkar är musik.

Det olikt jämnar av silks strukturerar, Buehler något att säga, är motsvarande till de hierarkiska beståndsdelarna som sminket en musikalisk sammansättning - den inklusive graden, spänner, dynamik och tempo. Laget enlisted hjälpen av kompositören John McDonald, en professor av musik på Tufts och MIT-postdoc David Spivak, en mathematician som specialiserar i en sätta in som kallas kategoriteorin. Tillsammans bearbetar att använda som är analytiskt, härlett från kategoriteori för att beskriva proteinet strukturerar, det utklurade laget hur man översätter specificerar av den konstgjorda silk'sen strukturerar in i musikaliska sammansättningar.

Skillnaderna var ganska distinkt: Det starka men onyttiga materiellt som översätts in i musik, som var aggressiv och hård, Buehler något att säga, fördriver den som bildade användbara fibrer låter mycket mer mjuk och mer fluid.

Buehler hoppas denna kan tas en kliva vidare, genom att använda de musikaliska sammansättningarna för att förutsäga hur väl nya variationer av den materiella styrkan utför. ”Söker efter Vi radically ny väg av att planlägga material,” honom något att säga.

Kombinera material som modellerar med matematiskt och musikaliskt, bearbetar, Buehler något att säga, kunde ge ett mycket snabbare långt av att planlägga nya biosynthesized material och att byta ut försök-och-felet att närma sig som segrar i dag. Genetiskt att iscensätta organismer till jordbruksproduktermaterial är ett långt samvetsgrannt processaa, honom något att säga, men detta arbete ”har undervisat oss att ett nytt att närma sig, en grundkurs”, i kombination av experiment, teorin och simulering för att rusa upp den processaa upptäckten.

Material producerade hitåt - som kan göras under miljömässigt godartat, rumstemperaturen villkorar - kunde leda till nybyggekvarter för att iscensätta för silkespapper eller annat bruk, Buehler något att säga: scaffolds för utbytesorgan, flår, blodkärl eller även nya material för bruk i väg-och vattenbyggnad.

Det kan vara att komplex det strukturerar av musik kan avslöja det bakomliggande komplex strukturerar av biomaterials som finnas i natur, Buehler något att säga. ”Kan Det är ett bakomliggande strukturellt uttryck i musik som berättar oss att mer om proteinerna det vårt smink förkroppsligar. Efter alla göras våra organ - däribland hjärnan - från dessa byggande kvarter och människa uttryck av musik kan oavsiktligt inkludera mer information att vi är medvetna av.”,

”Har Inget knackat lätt på in i detta,” honom något att säga som tillfogar det med bredden av hans tvärvetenskapliga lag, ”kunde Vi göra denna - förstår bättre bio-inspirerade material för danande, genom att använda musik och att använda musik för att förbättra, biologi.”,

Källa: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:34

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