Исследователи разработали новый тип искусственных мышц, полностью сделанных из натуральных белков. Реакция на изменения в среде позволяет мышце сгибаться по требованию, что может сделать ее полезной для имплантатов, протезов или робототехники.
Какой бы многообещающей ни была технология искусственных мышц, чаще всего 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, исследователи из Фрайбургского университета создали искусственные мышцы, полностью «основанные на биологическом материале». Они сделаны из эластина, природного белка, который придает тканям, таким как кожа и кровеносные сосуды, эластичность. С этой отправной точки команда создала два варианта белка, которые реагируют на разные раздражители — колебания температуры и кислотности. Затем они были объединены в слои, чтобы создать мышцу, которая будет сгибаться в одном направлении в ответ на один раздражитель и в другом направлении, когда применяется другой раздражитель.
Конечным результатом стала искусственная мышца, питаемая сульфитом натрия, которую можно было заставить двигаться ритмично благодаря осциллирующей химической реакции. Этот процесс можно запустить, установив температуру на 20°C, после чего изменения баланса pH заставят мышцу сокращаться вперед и назад. Цикл можно снова отключить, изменив температуру. Это делает мышцы достаточно программируемыми, за счет изменения их структуры, так что их движения могут быть заданы в определенном направлении в ответ на определенный стимул.
Команда говорит, 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 это получено из встречающегося в природе белка эластина и производится нами с помощью биотехнологических средств, наш материал отличается высокой эко-устойчивостью, которая также актуальна для технических применений», — сказал доктор Стефан Шиллер, соавтор исследования. «В будущем, материал может быть доработан для реагирования на другие раздражители, такие как концентрация соли в среде, и для использования других источников энергии, таких как малаты (соли и сложные эфиры яблочной кислоты), полученные из биомассы».
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Intelligent Systems.
Источник: University of Freiburg
