News image News image News image News image News image News image News image News image


Механические свойства мышц: биомиметический подход
Новости и технологии - Наноматериалы

механические свойства мышц: биомиметический подход

В последнее время особую популярность в исследовательских кругах получил синтетический подход, называемый биомиметика. Его можно кратко описать так: биомиметика представляет собой синтез материалов, сходных по структуре с природными, ожидая, что свойства искусственно синтезированного материала будут также схожи со свойствами природного. Эта тенденция может быть объяснена довольно просто: в природе существует ряд материалов, обладающих уникальными свойствами, и использование принципов организации этих структур в синтетической практике может существенно продвинуть существующие технологии вперед.

В данной статье авторы задались амбициозной целью – создать материал, который по механическим свойствам воспроизводил бы мышцу. Благодаря титину, особому белку, мышцы отличаются растяжимостью, эластичностью, высоким пределом прочности (для биоматериалов). Причина проявления таких уникальных свойств заключается в композитной структуре титина: неупорядоченные кольцевые участки полипептидной цепи чередуются с иммуноглобулиноподобными телами. Соответственно, в качестве заменителя неупорядоченных участков исследователи взяли похожий по структуре белок резилин, а вместо упорядоченных тел – хорошо изученные домены GB1. При этом можно менять число и взаимное расположение таких участков и, таким образом, влиять на структуру конечного материала. Стоит отметить, что из отдельных молекул можно собрать изотропный материал при помощи связывания отдельных молекул в трехмерные сети.

Обратимся к рис.1, на котором приведен график сила-растяжение для отдельных молекул, полученный при помощи АСМ для двух различных последовательностей доменов. На первом этапе происходит упругое растяжение белковой цепи (до L0), после чего происходит скачкообразная «раскрутка» упорядоченных доменов, что совпадает с поведением природного титина. Важно отметить обратимый характер этих деформаций, причина которого состоит в том, что при «скачке удлинения» рвутся нековалентные связи (а именно водородные), которые восстанавливаются при снятии напряжения.

После химической сшивки полученный материал прошел серию механических испытаний (рис.2). Можно видеть, что в полученном материале сочетаются интересные свойства – при малых деформациях гистерезис практически отсутствует, но в дальнейшем он значительно увеличивается и начинает эффективно поглощать энергию при циклах нагрузки-разгрузки. Упругость серии материалов существенно зависит от соотношения количества упорядоченных и неупорядоченных доменов (рис.3) и увеличивается с увеличением количества резилина. В случае чистого резилина даже при 250% деформации не наблюдается существенного гистерезиса. Рис.4, на котором отражен результат приложения циклов нагрузки-разгрузки, отражает описанный механизм деформации – при полной разгрузке остаточная деформация равна 0, что соответствует восстановлению всех водородных связей, при частичной разгрузке остаточная деформация растет с увеличением нагрузки. Механическими свойствами полученного биокомпозита можно управлять при помощи изменения ионной силы раствора за счет частичной денатурации белка (рис.5).

Данная работа служит хорошим примером удачного применения биомиметики в современном материаловедении и наглядно демонстрирует все преимущества междисциплинарного подхода. Исходная статья «Designed biomaterials to mimic the mechanical properties of muscles» была опубликована 6 мая 2010 года в Nature.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Искусственные клетки могут вырабатывать

News image

В статье исследователей из Йельского университета и Национального института стандартов (NIST) (США), вышедшей в журнале Ad...

Секрет нанобомбы. Мода на приставку «нан

News image

Большинством анекдотов про нанотехнологии мы обязаны первому вице-премьеру Сергею Иванову, автору бессмертной фразы «Продукция на ос...

Блок-сополимеры (block-copolymers)

News image

Воображение древних людей породило множество мифологических чудовищ, сочетавших в себе части разных животных. Читая «Мифы Др...

Вездесущий графен

News image

Как известно, существует два подхода к синтезу пленок графена большой площади. Первый подход заключается в х...

Нанотехнологии на вашей кухне

News image

О потенциальной опасности традиционных антипригарных покрытий и подобных им PTFE-покрытий в России начали писать в на...

Мало не покажется

News image

Нанороботы хозяйничают в кровеносном сосуде. Изображение с сайта azonano.com Чем грозят человечеству нанотехнологии В воскресенье, се...

Сверхполиэтилен

News image

Кризис — хорошее время, чтобы избавиться от старого производства на устаревшем оборудовании и при наличии ср...

Устройство, работающее от солнечной энер

News image

Устройство из нанотрубок, питаемое только лишь энергией естественного солнечного света, способно превращать смесь углекислого газа и ...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Kyosemi использует в солнечных ячейках фотодиоды шарооб

На 2-ой Международной выставке по генерации электроэнергии с помощью фотовольтаических приборов (Second International Photovoltaic Power Generation Expo), проходившей 27 – 29...

Немецкий лазерный пинцет удостоен американской премии

Немецкая компания JPK Instruments (Берлин) была удостоена американской премии Prism Award for Photonics Innovation. Всего международное жюри оценивало более 135 прод...

Ученые Северной Каролины разрабатывают гибкие антенны

Антенны не только для того, чтобы слушать радио. Они используются во всем, начиная с сотовых телефонов и заканчивая GPS. Исследование го...

Ученые проложили проводку в клеточной мембране

Ученым удалось передать и получить электрический импульс по клеточной мембране при помощи искусственно созданной нанопроволоки. Созданную ими гибридную систему авторы оп...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.