Programabilni materijali nalaze snagu u molekularnom ponavljanju

KAPACITIVNI SENZORI (Srpanj 2019).

Anonim

Sintetički proteini koji se temelje na onima koji se nalaze u različitim zubima prstena lignje vrste mogu voditi put polimerima samoliječenja pažljivo konstruiranim za specifičnu žilavost i rastezljivost koja bi mogla imati primjene u tekstilima, kozmetici i lijekovima, prema Penn State istraživačima.

"Pogledali smo ono što je uobičajeno kod bjelančevina lignje zubi za sve vrste lignje koje smo proučavali", izjavio je Abdon Pena-Francesch, diplomski studij inženjerske znanosti i mehanike. "Promatrali smo koja se svojstva dramatično promijenila za svaki skup bjelančevina".

Huihun Jung, dr.sc. studentice u laboratoriju Melik Demirel, gledali su četiri vrste lignje iz cijelog svijeta - havajski kobaltski lignje, duguljaste lignje, europsku lignju i japanski leteći lignje.

"To je bio tajnovitost zašto priroda koristi više od jednog proteina kako bi zubima za prsten u daskama", rekao je Demirel, profesor inženjerske znanosti i mehanike. "Zašto nam je potrebno toliko mnogo? Ispada da svaki ima različita mehanička svojstva".

Proteini u prstenastim zubima su polukristalini, kombinacija kristalnih i amorfnih komada. Prirodni proteini također imaju različite ponavljanja, aminokiselinske nizove koji se ponavljaju jednom ili više puta. Ove ponavljanja mijenjaju duljinu proteina. Međutim, jasno razumijevanje funkcije tih ponavljanja nije bilo poznato.

Nakon sekvencioniranja različitih lignja proteina, istraživači su sastavili niz sintetskih proteina zubnih prstena s različitim brojem ponavljanja. Izvještavaju svoje rezultate u trenutnom online izdanju Zbornika Nacionalne akademije znanosti.

"Bilo je puno posla u izradi struktura za oponašanje bjelančevina", rekao je Demirel, koji je također član Huckovih instituta Life Sciences. "Ljudi su proučavali strukturu bjelančevina u svili, elastin u koži, resilin u krilima insekata i kolagen u velikom broju struktura, ali nitko nije promatrao lignje na ovaj način. "

Zajedno s Benjaminom Allenom, istraživačkom suradnikom u biokemiji i molekularnoj biologiji i Institutima Huck, Demirelova skupina je napravila različite duljine aminokiselinskih nizova - polipeptida - i utvrdila da se u sintetskom materijalu povećava otpornost i rastezljivost s povećanjem molekulske mase. Što je duži polipeptidni lanac, to je veća molekularna težina. Također su otkrili da je ravnoteža između elastičnosti - koliko će se materijal istegnuti bez deformiranja - i plastičnost - točka u kojoj će se deformirati - ostala je nepromijenjena.

"Možemo kontrolirati koje aminokiseline koje koristimo, pa možemo kontrolirati molekularne težine", rekla je Pena-Francesch. "Možemo dizajnirati svaki segment i vidjeti što se primjenjuju osnove mehanike."

Istraživači sugeriraju da "ponavljanja u prirodnim lignjama proteina mogu imati genetsku prednost za povećanu otpornost i fleksibilnost".

"Otkrili smo da su najkraći polipeptidni lanci krhki", rekao je Demirel. "Dok se produžuju, oni su rastezljivi."

Strukturna svojstva ovog materijala su visoko programabilna. Izuzetno elastični materijali, poput amorfnog dijela tih bjelančevina, apsorbiraju energiju i korisni su u stvarima kao što su odbojnici automobila, dok kristalni dio djeluje poput izvora i više nalikuje materijalu na instrumentnoj ploči automobila. Prava ravnoteža svake mogla bi pružiti željene karakteristike materijala.

Njihove građevne blokove, sintetičke aminokiseline, proizvode bakterije, tako da žetva živih lignja više nije potrebna. Također, sintetički materijali su samoizlječivi, tako da se mogu popraviti male pukotine i stanke. Demirel i njegov tim primjećuju da se sintetička oponaša proteina zubnih prstenastih lignja može obraditi kako bi oblikovala različite trodimenzionalne oblike, uključujući vrpce, litografske uzorke i nanocjevčice s velikim nizom potencijalnih namjena.

menu
menu