Искусственные мышцы из белков человека улучшают импланты
Ученые разработали новый тип искусственных мышц, полностью сделанных из натуральных белков. Реакция на изменения в окружающей среде позволяет мышце сгибаться по требованию, что может сделать ее полезной для имплантатов, протезов или робототехники.
Какой бы многообещающей ни была технология искусственных мышц, они все еще слишком «искусственны», часто сделаны из пластика, нейлона, резины, восковых углеродных нанотрубок и тому подобного. Это может сделать их подходящими для роботов, но натуральные белки могут сделать их более совместимыми для использования внутри человеческого тела.
Для нового исследования ученые из Фрайбургского университета создали искусственные мышцы, полностью «биологические». Они сделаны из эластина, природного белка, который придает тканям, таким как кожа и кровеносные сосуды, эластичность.
С этой отправной точки команда исследователей создала два варианта белка, которые реагируют на разные раздражители — колебания температуры и кислотности.
Затем они были объединены слоями, чтобы создать мышцу, которая будет сгибаться в одном направлении в ответ на один стимул и в другом направлении, когда применяется другой стимул.
Конечным результатом стала искусственная мышца, питаемая сульфитом натрия, которую можно было заставить двигаться ритмично благодаря осциллирующей химической реакции.
Процесс можно запустить, установив температуру на 20 ° C, тогда изменения в балансе pH заставят мышцу сокращаться вперед и назад. Цикл можно снова отключить, изменив температуру. Это делает мышцы достаточно программируемыми, изменяя их структуру, так что движения могут быть заданы в определенном направлении в ответ на определенный стимул.
Ученые говорят, что наряду с потенциальными применениями в мягкой робототехнике или протезировании этот новый тип искусственной мышцы является биосовместимым, поэтому его можно сопоставить с конкретными тканями и использовать в организме для имплантации или реконструктивной медицины.
«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», — сказал Стефан Шиллер, соавтор исследования.
«В будущем материал может быть доработан для реагирования на другие раздражители, такие как концентрация соли в окружающей среде, и для потребления других источников энергии, таких как малат, полученный из биомассы».