Исследователям удалось получить искусственные мышцы из белков

Сотрудники Университета Фрайбурга, Штефан Шиллер и Матиас Хубер, смогли разработать искусственные мышцы на основе натуральных белков. Материал, который они получили, может автономно сокращаться. Эти сокращения можно контролировать с помощью изменения температуры и pH. Движения обусловлены химической реакцией, которая в процессе протекания потребляет молекулярную энергию.

Изображение: wiley.com

Несколько ранее учёные уже использовали природные белки в качестве основы при создании искусственных мышечных систем. Они встраивали их в полимеры или небольшие молекулярные машины. На данный момент пока не удалось создать синтетические мышцы, которые полностью основаны на биологическом материале и двигаются автономно посредством химической энергии.
 

Материал искусственных мышц создан на основе натурального белка

Материал, который использовался учеными из Университета Фрайбурга, основан на эластине. Это волокнистый природный белок, который встречается в человеческом организме. Например, он придает эластичность кровеносным сосудам и коже.

Используя модель этого белка, исследовательская группа разработала два эластиноподобных белка. Один из них реагирует на изменение температуры, а другой на колебания показателя рН. Затем учёные соединили эти белки с помощью фотохимического перекрестного связывания, в результате чего был сформирован двухслойный материал. Процесс, которые они использовали, позволяет гибко формировать материал и задавать направление, в котором он движется.

Более подробно о проведении исследования и результатах можно прочитать в опубликованной исследователями статье.
 

Сокращение искусственных мышц можно контролировать с помощью изменений температуры

Учёные смогли вызвать у полученного материала ритмичные сокращения. В качестве топлива для этого использовался химический источник энергии – сульфит натрия. В искусственных мышцах протекает колебательная химическая реакция, при которой рН изменяется циклами из-за особой связи нескольких реакций. При этом добавленная энергия преобразуется в механическую энергию через неравновесные состояния материала.

Это позволило заставить материал циклически сокращаться в автономном режиме. Включение и выключение сокращений осуществлялось с помощью изменения температуры. Колебательная химическая реакция запускалась при температуре 20 С и материал начинал ритмичные движения. Исследователи говорят, что есть возможность запрограммировать определённые состояния материала и при необходимости сбросить их. Они называют это простой системой для реализации обучения на уровне материала.

Шиллер говорит, что материал отличается высокой устойчивостью, поскольку получен из встречающегося в природе белка эластина и произведен им с помощью биотехнологических средств. По его мнению, в будущем материал можно доработать, чтобы он реагировал на другие раздражители. Например, это может быть концентрация соли в окружающей среде. А также искусственные мышцы можно приспособить для потребления других источников энергии. Одним из вариантов является малат, полученный из биомассы.