Los dispositivos médicos alimentados por proteínas sintéticas creadas a partir de secuencias repetidas de proteínas pueden ser posibles, de acuerdo con expertos en ciencia de materiales y biotecnología, que analizaron el material inspirado en las proteínas en los dientes de anillo de calamar.
"La pregunta que teníamos era si podíamos fabricar dispositivos médicos flexibles y autocurables para trabajar en protones de la misma manera que lo hacen los sistemas biológicos", dijo Melik Demirel, profesor de desarrollo de Pierce y profesor de ingeniería de ingeniería y mecánica. "La naturaleza sabe cómotransferir protones, por ejemplo, al cargar energía biológica conocida como ATP trifosfato de adenosina "
Actualmente, la transferencia de protones es una parte integral de las celdas de combustible, pero estas celdas usan membranas de transferencia de iones como Nafion, fabricadas a partir de polímeros que no son biocompatibles. La visión futura es tener dispositivos médicos implantables que puedan funcionar sin baterías, utilizandoconducción de protones, pero para hacer eso, los conductores de protones deben ser biocompatibles.
Los polímeros fabricados a partir de proteínas inspiradas en los dientes de anillo de calamar no solo son biocompatibles, sino que también son autocurables, flexibles y estirables. Debido a que se fabrican de forma bio-sintética eligiendo las secuencias de ADN, la fabricación de estas proteínas se puede programar para que varíeconductividad y flexibilidad. Mientras un material contenga 60 por ciento, típico dentro del cuerpo, o más agua, puede producirse conducción de protones.
Desafortunadamente, los conductores de protones basados en proteínas no son tan potentes o eficientes como los conductores de polímeros, por lo que los investigadores estaban buscando una forma de optimizar la conductividad de protones del material. Informan los resultados de su trabajo en línea en Química de materiales .
Las proteínas de los dientes de anillo de calamar, formadas por aminoácidos, contienen muchas repeticiones en tándem en su composición molecular. Las repeticiones en tándem generalmente son series cortas de moléculas que están dispuestas para repetirse varias veces. Los investigadores crearon calamar-proteínas inspiradas con 4, 7, 11 y 25 repeticiones. Luego crearon películas a partir de estos materiales.
Los investigadores encontraron que aumentar el número de repeticiones en tándem aumentaba la conductividad protónica de las proteínas. Probaron diferentes combinaciones de aminoácidos y descubrieron que reemplazar las secuencias de histidina con alanina, otro aminoácido, en la proteína disminuía la conductividad protónica, lo queexplicó por qué la seda, una proteína de repetición en tándem similar, no es un buen conductor de protones.
Al observar las proteínas sintéticas inspiradas en los dientes de calamar, los investigadores se dieron cuenta de que generalmente están compuestas por una sección amorfa y una sección cristalina. Descubrieron que el estiramiento del polímero aumentaba la conductividad en la dirección del estiramiento, pero no en eldirección perpendicular, y ese estiramiento realineó los segmentos cristalinos para conducir mejor.
Los conductores de protones biológicos existen en la naturaleza, incluyendo seda, queratina, colágeno, melanina y albúmina sérica bovina; sin embargo, el material inspirado en los dientes de calamar sintéticos se comportó mucho mejor que cualquiera de las proteínas naturales.
"Nuestro objetivo es comprender las reglas de diseño de los conductores de protones biológicos para que podamos crear una proteína sintética que sea tan buena como un conductor de protones no biocompatible", dijo Demirel. "Entonces, podemos hacer un marcapasos flexible y autocurativode este tipo de dispositivo? ¿Podemos fabricar dispositivos bioelectrónicos protónicos? "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por A'ndrea Elyse Messer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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