El comportamiento de enjambre de aproximadamente 100 millones de máquinas moleculares puede controlarse mediante la aplicación de estímulos mecánicos simples, como la extensión y la contracción. Este método podría conducir al desarrollo de nuevas máquinas moleculares de enjambre y pequeños dispositivos de ahorro de energía.
Las moléculas de enjambre en movimiento se alinearon en una dirección, exhibieron patrones de zigzag, o formaron un vórtice que respondía a estímulos mecánicos variables. Incluso podrían reparar por sí mismos el patrón de movimiento después de una interrupción, según un estudio dirigido por científicos de la Universidad de Hokkaido.
En los últimos años, muchos científicos han hecho esfuerzos para miniaturizar las máquinas que se encuentran en el mundo macroscópico. Los premios Nobel de Química 2016 fueron premiados por su destacada investigación en máquinas moleculares y diseño y síntesis de nanomáquinas.
En estudios anteriores, el equipo de investigación dirigido por el Profesor Asociado Akira Kakugo de la Universidad de Hokkaido desarrolló máquinas moleculares que consisten en proteínas motoras llamadas quinesinas y microtúbulos, que mostraron varios comportamientos de enjambre. "El enjambre es un concepto clave en la robótica moderna. Da máquinas moleculares"Nuevas propiedades como la robustez y la flexibilidad que una máquina individual no puede tener", dice Akira Kakugo. "Sin embargo, establecer una metodología para controlar los comportamientos de enjambre ha sido un desafío".
En el estudio actual publicado en ACS Nano , el equipo utilizó el mismo sistema que comprende proteínas motoras motoras y microtúbulos, ambos bioingeniería. Las quinesinas se fijan en una superficie de sustrato de elastómero, y los microtúbulos se autopropulsan sobre las quinesinas, impulsadas por la hidrólisis de adenosina trifosfato ATP.
"Dado que sabemos que aplicar tensión mecánica puede desempeñar un papel clave en la formación de patrones para materias activas, investigamos cómo la deformación del sustrato de elastómero influye en los patrones de enjambre de las máquinas moleculares", dice Akira Kakugo.
Al extender y contraer el sustrato de elastómero, la estimulación mecánica se aplica a aproximadamente 100 millones de microtúbulos que se ejecutan en la superficie del sustrato. Los investigadores primero encontraron que los microtúbulos forman patrones de onda cuando no se aplica tensión. Cuando el sustrato se expande y contrae 1.3 veceso más una vez, casi todos los 100 millones de microtúbulos alineados perpendicularmente al eje de expansión y contracción, y cuando el sustrato se expande y contrae 1.3 veces o menos repetidamente, crea patrones de zigzag colocados en direcciones diagonales.
Su simulación por computadora sugirió que los ángulos de orientación de los microtúbulos corresponden a la dirección para lograr un movimiento suave sin pandeo, que se amplifica aún más por la migración colectiva de los microtúbulos.
Otro hallazgo importante fue que el patrón de movimiento de los microtúbulos puede modularse aplicando nuevos estímulos mecánicos y puede repararse por sí mismo incluso si la disposición de los microtúbulos se altera al rascar una parte de ella.
"Nuestros hallazgos pueden contribuir al desarrollo de nuevas máquinas moleculares que realizan movimiento colectivo y también podrían ayudar a las tecnologías avanzadas para dispositivos pequeños que ahorran energía", comentó Akira Kakugo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Hokkaido . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :