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Posted in | Bionanotechnology

研究结果帮助产物更好的生物有灵感的材料

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

为镑,丝绸是已知的其中一最严格的材料的蜘蛛捣: 由 MIT 的马库斯 Buehler 的研究帮助解释此力量从蛋白质构件的丝绸的异常的分层结构排列出现。

分子结构的此绘制其中一个蜘蛛丝绸的人工地导致的版本表示结果形成严格的一,链接的纤维。 一个不同的结构,做使用同样方法的差异,没有能形成到必要的长的纤维使它有用。 在二个结构基础上的音乐作品帮助显示他们如何有所不同。 (图象: 马库斯 Buehler)

现在 Buehler - 与一束大学的大卫卡普兰和乔伊斯波士顿大学越共一起 - 综合了在丝绸的自然结构的新的变形,并且找到做的进一步改进一个方法在这个合成材料。

并且乐感,也许结果是关键字到做那些结构上的改进。

这个工作源于民用和环境工程师、数学家、生物医学的工程师和音乐作曲家的协作。 结果在这个日记帐上今天发表的论文报告纳诺。

“我们设法处理用不同的方式做材料”, Buehler “从构件开始”解释, - 在这种情况下,形成丝绸结构的蛋白质分子。 “执行此是非常难; 蛋白质是非常复杂的”。

使用一个累试法途径,其他组设法修建这样含蛋白质的纤维, Buehler 说。 但是此小组从产生自然丝绸其力量、灵活性和 stretchiness 的异常的组合的计算机塑造基础结构开始系统地处理这个问题。

Buehler 的早先研究确定与一个特殊结构的纤维 - 高度被定购,层状蛋白质构建交替与密集地被包装的,被缠结的丛蛋白质 (ABABAB) - 帮助产生丝绸其例外属性。 对在综合新的材料的此最初尝试,这个小组选择注视着模式在哪个结构在三胞胎发生了 (AAAB 和 BBBA)。

做这样结构是没有简单的任务。 卡普兰,一位化工和生物医学的工程师,导致蛋白质这些新的顺序的被修改的丝绸产出的基因。 然后越共,生物工程学家和材料科学家,创建了仿造蜘蛛的丝绸空转的机构,称纺绩器的一个 microfluidic 设备。

在进入它的详细计算机塑造以后,这个结果来作为惊奇的位, Buehler 说。 其中一新的材料生产了非常严格的蛋白质分子 -,但是这些没有同心协力作为线程数。 很好遵守的其他被生产的更弱的蛋白质分子和形成好线程数。 “这教我们认为蛋白质分子的属性单独是不满足的”,他说。 “相当, [一必须] 考虑他们如何可以结合形成一个有良好社会关系的网络在大规模”。

小组现在导致材料的几个更多变形进一步改进和测试其属性。 但是一道皱痕在他们的进程中可能提供材料将是有用的推测,并且哪个不将 - 和或许甚而的一个重大的好处也许是有利为特定使用。 该新和高度异常的皱痕是音乐。

丝绸的结构的不同的级别, Buehler 说,是类似于组成一个音乐作品 - 包括间距、范围、动力和拍子的分层结构要素。 这个小组获得了作曲家约翰麦克唐纳,音乐教授帮助在一束和 MIT postdoc 大卫 Spivak,专门化称类别原理的域的数学家的。 同时,使用从类别原理派生的分析工具描述蛋白质结构,这个小组推测如何翻译人造丝的结构的详细资料成音乐作品。

区别是相当明显的: 严格,但是无用的材料被转换成是积极和苛刻的音乐, Buehler 说,而形成可用的纤维的那个听起来更加虚拟和更加流动。

Buehler 希望这可以进一步采取步骤,使用预测的音乐作品材料的新的差异多么恰当也许执行。 “我们寻找根本地设计材料新的方式”,他说。

结合塑造的材料与数学和音乐工具, Buehler 说,可能提供设计新的 biosynthesized 材料一条捷径,替换今天战胜的累试法途径。 基因设计有机体导致材料是一个长,刻苦进程,他说,但是此工作 “教我们一个新的途径、一个根本课程”在结合实验,原理和模拟加速发现过程。

材料导致了可以完成在环境良性下的这样 -,室温情况 - 可能导致组织工程的新的构件或其他用途, Buehler 说: 替换机构、皮肤、血管,甚至新的材料的绞刑台用于土木工程师。

可能是音乐复杂结构可能显示本质上找到的生物材料基础复杂结构, Buehler 说。 “也许有在更多告诉我们关于蛋白质组成我们的身体的音乐的一个基础结构上的表达式。 终究我们的机构 - 包括脑子 - 由这些构件和音乐人的表达式做可能疏忽地包括更多信息我们知道”。

“没人开发了到此”,他说,合计那个与他多重学科的小组广度, “我们可能执行此 - 做更好的生物有灵感的材料通过使用音乐和使用音乐更好了解生物”。

来源: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:30

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