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

Нанотехнологии на вашей кухне

News image

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

Наноплазмоника

News image

Благодаря успехам в производстве и визуализации металлических и полупроводниковых наночастиц быстро развивается новая область нанотехнологий — ...

Космические каскады. Трехкаскадные арсен

News image

В космических аппаратах применяют два вида солнечных батарей – кремниевые и арсенид-галлиевые на германиевой подложке. Пе...

Имитация кимберлита

News image

Алмаз — абсолютно незаменимый материал в самых разных областях человеческой деятельности, начиная от ювелирной и об...

Нанотехнологии помогут Ford снизить вес

News image

Ford надеется использовать наночастицы во множестве ключевых областей разработки транспортных средств — от облегченных пластиков дл...

Блок-сополимеры (block-copolymers)

News image

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

Мало не покажется

News image

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

Genepax, Япония. Автомобиль, которые езд

News image

Компания Genepax из японского города Осака 12-го июня этого года представила автомобиль, который использует в ка...

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...

Светодиоды: реальная угроза рынку света

Cветотехнический рынок уже давно поделился две группы. Первая — те, кто продвигает лампы накаливания, галогенные и люминесцентные лампы. Вторая же гр...

Электронным нюхом чую!

Итальянские ученые, занятые в оборонной промышленности, завершают работу над искусственным носом , который сможет почувствовать любое взрывчатое вещество, сообщает РИА «Ново...

Социальные розетки для доступа в интернет и вызова мили

Способ обеспечить всех желающих москвичей Интернетом и проводным телевидением нашли столичные связисты. Сделать это планируется с помощью существующей городской радиосети. До...

Распыляемые фотоэлементы заряжают энергией практически

Громоздкие и дорогие фотоэлектрические панели уже в прошлом. Что готовит нам будущее? На целые здания, крыши и даже окна распыляются революционные че...

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.