Sztuczne mięśnie z naturalnych białek. Bezpłatne wiadomości z biblioteki technicznej

NOWOŚCI NAUKI I TECHNOLOGII, NOWOŚĆ W ELEKTRONIKI
Bezpłatna biblioteka techniczna / Kanał wiadomości

Sztuczne mięśnie z naturalnych białek

15.02.2022

Grupie badaczy z Uniwersytetu we Fryburgu udało się opracować sztuczne mięśnie, które wykorzystują naturalne procesy organizmu. Naukowcy wykazali autonomiczny mięsień zginacz, który porusza się, zużywając paliwo chemiczne, podobnie jak jego odpowiedniki u ludzi lub zwierząt.

Nasz sztuczny mięsień to wciąż prototyp. Jednak wysoka biokompatybilność materiału i możliwość dostosowania jego składu do konkretnych tkanek i zastosowań technologicznych może utorować drogę przyszłym zastosowaniom w medycynie rekonstrukcyjnej, protetyce, farmacji czy robotyce miękkiej, mówi Steven Schiller.

W przeszłości naukowcy wykorzystywali naturalne białka do budowy sztucznych układów mięśniowych, osadzając je w maleńkich maszynach molekularnych lub polimerach. Nie udało im się jednak rozwinąć całkowicie biologicznych, syntetycznych mięśni.

Naturalne białko wykorzystywane przez zespół z Freiburga opiera się na naturalnym białku włóknistym zwanym elastyną. Naukowcy opracowali dwa syntetyczne białka podobne do elastyny, z których jedno reaguje na wahania kwasowości środowiska, a drugie na zmiany temperatury.

Naukowcy połączyli te dwa białka za pomocą fotochemicznego sieciowania, aby utworzyć warstwowy materiał, który można łatwo ukształtować, aby kierować jego ruchem. Następnie udało im się wywołać rytmiczne skurcze przy użyciu chemicznego źródła paliwa, siarczynu sodu. W oscylacyjnej reakcji chemicznej, w której kwasowość zmienia się cyklicznie ze względu na szczególny związek kilku reakcji, dodana energia została zamieniona na energię mechaniczną.

W ten sposób naukowcy sprawili, że materiał cyklicznie się kurczył w sposób autonomiczny. Mogli również włączać i wyłączać skurcze, zmieniając temperaturę. W tym przypadku można było zaprogramować określone stany materiału i zresetować je ponownie innym bodźcem. W ten sposób naukowcy stworzyli prosty system realizacji „uczenia się i zapominania” na poziomie materialnym.

Ponieważ pochodzi z naturalnie występującej elastyny białkowej i jest wytwarzany metodami biotechnologicznymi, nasz materiał jest wysoce odporny, co ma również znaczenie w zastosowaniach technicznych, wyjaśnia Schiller.
W przyszłości materiał może być modyfikowany, aby reagował na inne bodźce, takie jak elektryczność, stężenie soli w środowisku, oraz aby zużywał inne źródła energii, takie jak biomasa. Jesteśmy w sytuacji, w której możemy opracować koncepcje materiałów białkowych, które naśladują złożone funkcje biologiczne, nawet w odniesieniu do pamięci i uczenia się, podsumował Schiller.

W przyszłości naukowcy przewidują stworzenie materiałów białkowych wykorzystujących ATP, „walutę” wymienianą między komórkami, aby umożliwić nowe podejścia w zastosowaniach biomedycznych, takich jak regeneracja tkanek i nowa generacja robotów nanotechnologicznych do dostarczania leków do narządów ludzkich.

<< Powrót: Nanopory nagrzewają się, gdy przechodzą przez nie jony. 15.02.2022

>> Naprzód: Edukacja wpływa na długość życia 14.02.2022

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego 01.05.2024

Coraz częściej słyszymy o wzroście ilości śmieci kosmicznych otaczających naszą planetę. Jednak do tego problemu przyczyniają się nie tylko aktywne satelity i statki kosmiczne, ale także pozostałości po starych misjach. Rosnąca liczba satelitów wystrzeliwanych przez firmy takie jak SpaceX stwarza nie tylko szanse dla rozwoju Internetu, ale także poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa kosmicznego. Eksperci zwracają obecnie uwagę na potencjalne konsekwencje dla ziemskiego pola magnetycznego. Dr Jonathan McDowell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics podkreśla, że firmy szybko wdrażają konstelacje satelitów, a liczba satelitów może wzrosnąć do 100 000 w następnej dekadzie. Szybki rozwój tych kosmicznych armad satelitów może prowadzić do skażenia środowiska plazmowego Ziemi niebezpiecznymi śmieciami i zagrożenia dla stabilności magnetosfery. Metalowe odłamki ze zużytych rakiet mogą zakłócać jonosferę i magnetosferę. Oba te systemy odgrywają kluczową rolę w ochronie i utrzymaniu atmosfery ... >>

Zestalanie substancji sypkich 30.04.2024

W świecie nauki istnieje wiele tajemnic, a jedną z nich jest dziwne zachowanie materiałów sypkich. Mogą zachowywać się jak ciało stałe, ale nagle zamieniają się w płynącą ciecz. Zjawisko to przyciągnęło uwagę wielu badaczy i być może w końcu jesteśmy coraz bliżej rozwiązania tej zagadki. Wyobraź sobie piasek w klepsydrze. Zwykle przepływa swobodnie, ale w niektórych przypadkach jego cząsteczki zaczynają się zatykać, zamieniając się z cieczy w ciało stałe. To przejście ma ważne implikacje dla wielu dziedzin, od produkcji leków po budownictwo. Naukowcy z USA podjęli próbę opisania tego zjawiska i zbliżenia się do jego zrozumienia. W badaniu naukowcy przeprowadzili symulacje w laboratorium, wykorzystując dane z worków z kulkami polistyrenowymi. Odkryli, że wibracje w tych zbiorach mają określone częstotliwości, co oznacza, że tylko określone rodzaje wibracji mogą przemieszczać się przez materiał. Otrzymane ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Recykling plastiku na grafen z uwolnieniem czystego wodoru 13.09.2023

Problem zanieczyszczenia środowiska odpadami z tworzyw sztucznych w dalszym ciągu wymaga nowych rozwiązań, motywując naukowców na całym świecie do poszukiwania innowacyjnych sposobów walki z tym zagrożeniem dla środowiska. Co by jednak było, gdyby plastik można było przekształcić w cenny zasób, a nie tylko odpad? To pytanie pozostaje otwarte, ale naukowcy z Rice University w USA proponują unikalne rozwiązanie, które może zmienić przemysł tworzyw sztucznych i uczynić go bardziej zrównoważonym środowiskowo.

Zespół naukowców z Wydziału Nauki o Materiałach i Nanoinżynierii Uniwersytetu Rice opracował technologię przekształcania odpadów plastikowych w cenny grafen, uwalniając przy tym czysty wodór. Wodór jest uważany za jedno z potencjalnych paliw przyszłości, ponieważ jego spalanie może zapewnić wysoki poziom energii, a produktem ubocznym jest jedynie zwykła woda. Dzięki temu wodór jest czystszy od rafinowanej ropy naftowej i wygodniejszy jako paliwo do pojazdów niż akumulatory elektryczne, które wymagają długiego ładowania.

Należy zaznaczyć, że wodór jest już wykorzystywany w przemyśle, jednak obecne metody jego wytwarzania wiążą się z emisją dwutlenku węgla, a na każdą tonę wodoru powstaje od 10 do 12 ton dwutlenku węgla.

Nowa metoda opracowana przez naukowców wykorzystuje technologię znaną jako „impulsowe ogrzewanie Joule’a”. Przepuszczając krótki impuls elektryczny przez tworzywo, które pod wpływem oporu prądu błyskawicznie nagrzewa się do 2,5 tys. stopni Celsjusza, atomy węgla łączą się w strukturę grafenu, a atomy wodoru uwalniają się w postaci czystego gazu.

Pomimo konieczności dalszego obniżania kosztów produkcji, metoda ta ma potencjał, aby zmienić grę, umożliwiając bardziej efektywny recykling odpadów z tworzyw sztucznych, produkcję zielonego wodoru i tworzenie grafenu, który na rynku kosztuje od 60 200 do XNUMX XNUMX dolarów za tonę.

Kevin Vis, jeden z autorów i chemik, powiedział: „Nasza metoda zmniejsza emisję CO2 i gazów cieplarnianych podczas produkcji wodoru o 84% w porównaniu z istniejącymi metodami przemysłowego reformingu parowego metanu”. Takie podejście może być kluczem do czystszego i bardziej zrównoważonego przyszłego gospodarowania energią i odpadami z tworzyw sztucznych.

Zobacz całość Archiwum wiadomości z nauki i techniki, nowa elektronika

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn