Dr. Stefan Schiller y Dr. Matthias Huber de la Universidad de FriburgolivMatS Cluster of Excellence ha logrado desarrollar un músculo únicamente sobre la base de proteínas naturales. Las contracciones autónomas del material, que los investigadores presentaron en la revistaSistemas Inteligentes Avanzados, se puede controlar con la ayuda de cambios de pH y temperatura. Los movimientos son impulsados por una reacción química que consume energía molecular para este propósito. "Nuestro músculo artificial es todavía un prototipo", dice Schiller. "Sin embargo, la alta biocompatibilidaddel material y la posibilidad de ajustar su composición para que coincida con un tejido particular podría allanar el camino para futuras aplicaciones en medicina reconstructiva, prótesis, farmacéutica o robótica blanda".
En el pasado, los científicos ya han tomado proteínas naturales como base para desarrollar sistemas de músculos artificiales y los han convertido en máquinas moleculares minúsculas o en polímeros. Sin embargo, aún no ha sido posible desarrollar materiales musculares sintéticos que sean totalmente de base biológica.y moverse de forma autónoma con la ayuda de la energía química.
Material basado en la proteína elastina natural
El material utilizado por el equipo de Freiburg se basa en elastina, una proteína fibrosa natural que también se encuentra en los humanos, por ejemplo, dando elasticidad a la piel y los vasos sanguíneos. Siguiendo el modelo de esta proteína, los investigadores desarrollaron dos proteínas similares a la elastina, una de las cuales responde, por ejemplo, a las fluctuaciones del pH, la otra a los cambios de temperatura. Los científicos combinaron las dos proteínas por medio de reticulación fotoquímica para formar un material de dos capas. Es posible en este proceso dar forma flexible a lamaterial y establecer la dirección de su movimiento.
Las contracciones se pueden activar y desactivar con la ayuda de los cambios de temperatura
Los investigadores lograron inducir las contracciones rítmicas utilizando una fuente de energía química como combustible, en este caso sulfito de sodio. En una reacción química oscilante en la que el pH cambia en ciclos debido a un enlace especial de varias reacciones, la energía añadida eraconvertido en energía mecánica a través de estados de no equilibrio del material. De esta manera, los investigadores indujeron al material a contraerse de forma autónoma de manera cíclica. También pudieron activar y desactivar las contracciones con la ayuda de cambios de temperatura: el oscilanteLa reacción química comenzó a una temperatura de alrededor de 20 grados centígrados, y el material comenzó a hacer movimientos rítmicos. En el proceso, fue posible programar ciertos estados para que el material asumiera y restablecerlos nuevamente con otro estímulo. Los científicos lograron asíun sistema simple para implementar el aprendizaje y el olvido a nivel material.
"Dado que se deriva de la proteína elastina natural y lo producimos nosotros a través de medios biotecnológicos, nuestro material se caracteriza por una alta sostenibilidad que también es relevante para las aplicaciones técnicas", explica Schiller. "En el futuro, el material podríadesarrollarse aún más para responder a otros estímulos, como la concentración de sal en el medio ambiente, y para consumir otras fuentes de energía, como el malato derivado de la biomasa".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Friburgo. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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