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Posted in | Bionanotechnology

研究結果幫助產物更好的生物有靈感的材料

Published on November 29, 2012 at 7:07 AM

為鎊,絲綢是已知的其中一最嚴格的材料的蜘蛛搗: 由 MIT 的馬庫斯 Buehler 的研究幫助解釋此力量從蛋白質構件的絲綢的異常的分層結構排列出現。

分子結構的此繪製其中一個蜘蛛絲綢的人工地導致的版本表示結果形成嚴格的一,鏈接的纖維。 一個不同的結構,做使用同樣方法的差異,沒有能形成到必要的長的纖維使它有用。 在二個結構基礎上的音樂作品幫助顯示他們如何有所不同。 (圖像: 馬庫斯 Buehler)

現在 Buehler - 與一束大學的大衛卡普蘭和喬伊斯波士頓大學越共一起 - 綜合了在絲綢的自然結構的新的變形,并且找到做的進一步改進一個方法在這個合成材料。

并且樂感,也許結果是關鍵字到做那些結構上的改進。

這個工作源於民用和環境工程師、數學家、生物醫學的工程師和音樂作曲家的協作。 結果在這個日記帳上今天發表的論文報告納諾。

「我們設法處理用不同的方式做材料」, Buehler 「從構件開始」解釋, - 在這種情況下,形成絲綢結構的蛋白質分子。 「執行此是非常難; 蛋白質是非常複雜的」。

使用一個累試法途徑,其他組設法修建這樣含蛋白質的纖維, Buehler 說。 但是此小組從產生自然絲綢其力量、靈活性和 stretchiness 的異常的組合的計算機塑造基礎結構開始系統地處理這個問題。

Buehler 的早先研究確定與一個特殊結構的纖維 - 高度被定購,層狀蛋白質構建交替與密集地被包裝的,被纏結的叢蛋白質 (ABABAB) - 幫助產生絲綢其例外屬性。 对在綜合新的材料的此最初嘗試,這個小組選擇注視著模式在哪個結構在三胞胎發生了 (AAAB 和 BBBA)。

做這樣結構是沒有簡單的任務。 卡普蘭,一位化工和生物醫學的工程師,導致蛋白質這些新的順序的被修改的絲綢產出的基因。 然後越共,生物工程學家和材料科學家,創建了仿造蜘蛛的絲綢空轉的機構,稱紡績器的一個 microfluidic 設備。

在進入它的詳細計算機塑造以後,這個結果來作為驚奇的位, Buehler 說。 其中一新的材料生產了非常嚴格的蛋白質分子 -,但是這些沒有同心協力作為線程數。 很好遵守的其他被生產的更弱的蛋白質分子和形成好線程數。 「這教我們認為蛋白質分子的屬性單獨是不滿足的」,他說。 「相當, [一必須] 考慮他們如何可以結合形成一個有良好社會關係的網絡在大規模」。

小組現在導致材料的幾個更多變形進一步改進和測試其屬性。 但是一道皺痕在他們的進程中可能提供材料將是有用的推測,并且哪個不將 - 和或許甚而的一個重大的好處也許是有利為特定使用。 該新和高度異常的皺痕是音樂。

絲綢的結構的不同的級別, Buehler 說,是類似於組成一個音樂作品 - 包括間距、範圍、動力和拍子的分層結構要素。 這個小組獲得了作曲家約翰麥克唐納,音樂教授幫助在一束和 MIT postdoc 大衛 Spivak,專門化稱類別原理的域的數學家的。 同時,使用從類別原理派生的分析工具描述蛋白質結構,這個小組推測如何翻譯人造絲的結構的詳細資料成音樂作品。

區別是相當明顯的: 嚴格,但是無用的材料被轉換成是積極和苛刻的音樂, Buehler 說,而形成可用的纖維的那個聽起來更加虛擬和更加流動。

Buehler 希望這可以進一步採取步驟,使用預測的音樂作品材料的新的差異多麼恰當也許執行。 「我們尋找根本地設計材料新的方式」,他說。

結合塑造的材料與數學和音樂工具, Buehler 說,可能提供設計新的 biosynthesized 材料一條捷徑,替換今天戰勝的累試法途徑。 基因設計有機體導致材料是一個長,刻苦進程,他說,但是此工作 「教我們一個新的途徑、一個根本課程」在結合實驗,原理和模擬加速發現過程。

材料導致了可以完成在環境良性下的這樣 -,室溫情況 - 可能導致組織工程的新的構件或其他用途, Buehler 說: 替換機構、皮膚、血管,甚至新的材料的絞刑臺用於土木工程師。

可能是音樂複雜結構可能顯示本質上找到的生物材料基礎複雜結構, Buehler 說。 「也許有在更多告訴我們關於蛋白質組成我們的身體的音樂的一個基礎結構上的表達式。 終究我們的機構 - 包括腦子 - 由這些構件和音樂人的表達式做可能疏忽地包括更多信息我們知道」。

「沒人開發了到此」,他說,合計那個與他多重學科的小組廣度, 「我們可能執行此 - 做更好的生物有靈感的材料通過使用音樂和使用音樂更好瞭解生物」。

來源: http://web.mit.edu

Last Update: 29. November 2012 08:31

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