Biologiske værktøjer skaber nervelignende polymernetværk

Ved at bruge en række biologiske mekanismer, Sandia National Laboratories forskere har skabt forbindelser af polymer nanorør, der ligner strukturen af ​​en nerve, med mange udgående filamenter klar til at samle eller sende elektriske impulser.

"Dette er den første demonstration af naturligt forekommende proteiner, der samler kemisk fremstillede polymerer til komplekse strukturer, som moderne maskineri ikke kan duplikere, " sagde Sandia National Laboratories-forsker George Bachand.

Sandia medforsker Wally Paxton sagde:"Dette er grundlæggende videnskab, men en mulighed ser vi, langt nede ad vejen, er at bruge bløde kunstige strukturer som disse til smertefrit at interagere med kroppens nervestrukturer."

I øjeblikket, stive elektroder, der forårsager betændelse, bruges til at trænge ind i nervevæv, der forsøger at kommunikere med et kunstigt lem, forklarede han. I stedet, i en fremtidig ansøgning, polymernetværket kunne bruges forlænge nerven, giver en blidere protesegrænseflade.

Proteiner som Disneys fortryllede koste

Oprettelse af den neurale struktur, uopnåelige ved normale fremstillingsteknikker, begynder med at ændre adfærden af ​​kinesin motorproteiner - biologiske maskiner, der findes i hver menneskelig celle. Disse små motorer transporterer normalt materiale fra en del af en celle til en anden, bære dem på hvad, i videografik, er portrætteret som en lodret krop med to ben. Disse skrider langs proteinmikrotubuli, der danner cellestrukturen. Motorernes målrettethed minder om de tryllebundne koste i Disneys Fantasia, ubønhørligt at bære spande med vand op ad slotstrappen.

At vende naturens maskineri på hovedet, forskerne brugte kendte teknikker til at lime "skuldrene" af kinesinmotorer til et glassubstrat. Dette forhindrer deres kroppe i at rejse, men deres "ben" over dem fortsætter deres kraftige bevægelser. Disse passerer mikrotubuli over dem, som et publikum, der crowdsurfer entertainere på løftede hænder.

I det næste laboratorietrin, disse omrejsende proteinmikrotubuli, mikron i længden, støder på relativt store polymerkugler, snesevis af mikrometer i diameter, indsat af forskerne.

"På det tidspunkt, vi har strukturer, der ønsker at arbejde – de kinesin-drevne mikrotubuli – og noget de ønsker at arbejde på – sfærerne, " sagde Paxton.

Mikrotubulierne, forbelagt med et klæbrigt stof, klem polymer nanorør af kuglen, der forlænges, når kinesinmotorerne kører videre. Processen ligner snorlige ostetråde, der forlænges, når et stykke pizza fjernes fra en pande, sagde Paxton.

Når nanorørene forlænges og tværbindes, de danner strukturer, der er komplekse nok til at minde om lysene fra en by, der ses om natten fra et fly i stor højde. Netværkene spænder fra hundredvis af mikrometer til titusinder af millimeter i samlet størrelse og er sammensat af rør med en diameter på 30 til 50 nanometer.

"Et mål med vores arbejde er at lave en kunstig, stærkt forgrenet neural struktur, sagde Bachand. Det næste skridt er, kan vi koble dem sammen? Svaret er, motorerne burde gøre det naturligt. Og to sådanne netværk, slået sammen, ville have selvhelbredelse indbygget i dem. Motorerne stopper aldrig med at køre, før de løber tør for brændstof. En neural gren knækker, og så kan en motor virke på det område for at producere en ny gren."

Indsættelsen af ​​kvanteprikker viste sig også stabil, hvilket betyder, at lys kan bruges til at transportere information gennem strukturen såvel som elektricitet.

En artikel blev offentliggjort i april i tidsskriftet Nanoskala .