211service.com
Biomateriale strækker sig som muskler
Mange forskergrupper forsøger at udvikle materialer med egenskaber, der ligner muskler. En af de store vanskeligheder er at skabe noget med den helt rigtige muskel-lignende elasticitet - dets evne til at ændre form, mens det modstår en stor belastning. Nu har forskere ved University of British Columbia (UBC) i Vancouver, Canada, syntetiseret et proteinbaseret materiale, der strækker sig nøjagtigt som den ægte vare.
Muskelbundet: Ringe lavet af proteinbaserede hydrogeler er vist i ultraviolet lys (øverst) og normalt lys (nederst).
Det nye materiale opnår musklernes elasticitet ved at efterligne den mikroskopiske struktur af et kæmpe muskelprotein kaldet titin. Strukturen af titin ligner en streng med perler - kugler af foldede proteinsekvenser er forbundet med floppy, ustrukturerede sekvenser. Hongbin Li, en kemiker ved UBC, og hans kolleger konstruerede det nye materiale, der efterligner denne struktur. De valgte en mekanisk stabil proteinsekvens, der foldes ind i sig selv for at danne kugler, og et andet protein kaldet resilin til at tjene som floppy-forbindelserne.
Resultatet var et mini-titin - et protein, der strukturelt lignede titin, men som er meget mindre, siger Li. Forskerne kædede de enkelte proteinstrenge kemisk sammen for at danne en hydrogel - et let, fast materiale, der for det meste består af vand - og testede derefter materialets mekaniske egenskaber. Holdet beskriver arbejdet i et nyligt nummer af tidsskriftet Natur .
Da de testede materialet, fandt Li og hans kolleger ud af, at det opførte sig meget som ægte muskelvæv. Når den strækkes en lille smule, hopper den tilbage som et elastisk gummibånd. Hvis de strækkes kraftigere, udfolder de perlelignende proteindomæner sig, og det spreder noget energi, før det vender tilbage til sin oprindelige tilstand.
Det er en flot progression i retning af at bygge en kunstig muskel, siger fysiker David Weitz fra Harvard University, hvis gruppe studerer strukturen af muskelproteinnetværk. Andre grupper arbejder på at skabe elektroaktive polymerer, som trækker sig sammen, når de stimuleres af et elektrisk signal, så musklen kan kontrolleres. Det nuværende materiale har ikke denne funktion, men at tilføje, at det ville være det næste skridt, siger Weitz.
Kunstige muskler kunne en dag bruges som stilladser til at vokse muskler for at reparere skader hos patienter; i biologisk kompatible anordninger til medicinske anvendelser; selv at styre robotter uden at bruge motorer. Men da proteiner har tendens til at optrevle ved høje temperaturer og under barske miljøforhold, gør dette dem ikke ideelle til industrielle anvendelser.