Ученые создали искусственные мышцы из белков человека — Роботех

Ученые создали искусственные мышцы из белков человека

Доктору Штефану Шиллеру и доктору Матиасу Хуберу из Университета Фрайбурга, работающим в группе liv MatS Cluster of Excellence, удалось разработать мышцу исключительно на основе натуральных белков. Автономные сокращения материала можно контролировать с помощью изменения pH и температуры. Движения вызываются химической реакцией, которая потребляет для этой цели молекулярную энергию. 

«Наша искусственная мышца все еще является прототипом. Однако высокая биосовместимость материала и возможность корректировки его состава в соответствии с конкретной тканью могут проложить путь для будущих применений в реконструктивной медицине, протезировании, фармацевтике или мягкой робототехнике», — говорит Шиллер.

В прошлом ученые уже брали природные белки в качестве основы для создания искусственных мышечных систем и встраивали их в крошечные молекулярные машины или в полимеры. Однако пока не удалось разработать синтетические мышечные материалы, полностью основанные на биологическом материале и движущиеся автономно с помощью химической энергии.

Материал, используемый командой из Фрайбурга, основан на эластине, природном волокнистом белке, который также встречается у людей, например, придавая эластичность коже и кровеносным сосудам. Следуя модели этого белка, исследователи разработали два эластиноподобных белка, один из которых реагирует, например, на колебания рН, а другой — на изменения температуры. Ученые объединили два белка с помощью фотохимического перекрестного связывания, чтобы сформировать двухслойный материал. В этом процессе можно гибко формировать материал и задавать направление его движения.

Исследователям удалось вызвать ритмические сокращения, используя в качестве топлива химический источник энергии, в данном случае сульфит натрия. В колебательной химической реакции, в которой рН изменяется циклами из-за особой связи нескольких реакций, добавленная энергия преобразуется в механическую энергию через неравновесные состояния материала. Таким образом, исследователи заставили материал циклически сокращаться автономно. Они также могли включать и выключать сокращения с помощью изменения температуры: колебательная химическая реакция начиналась при температуре около 20 градусов по Цельсию, и материал начинал совершать ритмичные движения. При этом можно было запрограммировать определенные состояния материала и снова сбросить их с помощью другого стимула.

«Поскольку он получен из встречающегося в природе белка эластина и производится нами с помощью биотехнологических средств, наш материал отличается высокой устойчивостью, которая также актуальна для технических применений», — объясняет Шиллер. 

Напомним, ранее инженеры создали искусственные мышцы для летающих микророботов.

Add a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *