Popeye spenótot tette ismertté, mint izomépítő zöldséget. De a zöldségek előfordulhat, hogy egyáltalán erősebbé tesznek téged anélkül, hogy megeszik - amikor a tudósok ezeket felhasználják egy új osztályú mű izmok felépítésére. Ezen a héten egy tajvani csapat bemutatta az aranyozott hagyma sejteket, amelyek ígéretet mutatnak arra, hogy kiterjednek, összehúzódnak és hajlanak különböző irányokba, akárcsak az igazi izomszövet.
kapcsolodo tartalom
- Ez a hagyma soha nem fog sírni
- Ennek a robotnak jobb izma van, mint te
A mesterséges izmoknak számos lehetséges felhasználási lehetősége van, a sérült emberek segítésétől a robotok működéséig, és sokféleképpen meg lehet próbálni őket felépíteni. Például a tavalyi tudósok mesterséges izmokat dolgoztak ki az egyszerű horgászkötélből, amelyek százszor nagyobbra tudnák emelni, mint az azonos méretű és súlyú emberi izmok. De még nem került kifejlesztésre egyértelműen jobb módszer hamis izom előállítására.
"Vannak olyan műanyagok, amelyeket elasztomerek, alakmemória ötvözetek, piezoelektromos kompozitok, ionvezető polimerek és szén nanocsövek felhasználásával fejlesztettek ki" - mondja Wen-Pin Shih, a Tajpej Nemzeti Tajvani Egyeteme. „A hajtómechanizmusok és a funkciók nagyon változatosak.” Néhány mesterséges izomtípust a nyomás hajt, például pneumatikus rendszerekben, míg mások hőmérsékleti változások vagy elektromos áram révén mozgást hoznak létre.
A mesterséges izmok készítőinek egyik legnagyobb kihívása az volt, hogy alapanyagaikat úgy tervezzék meg, hogy hajlamosak és összehúzódjanak, ugyanúgy, ahogy az igazi izmok. Amikor valaki hajlítja például a klasszikus „izomkészítést”, a bicepsz összehúzódik, de felfelé hajlik is, hogy felemelje az alkarját. Shih és munkatársai megkíséreltek olyan mesterséges izmot tervezni, amely egyidejűleg hajolhat és összehúzódhat ilyen módon, és azt találták, hogy a hagymabőr felépítése és méretei nagyon hasonlóak a mikroszerkezethez, amelyet szem előtt tartottak.
A csípős zöldség teszteléséhez Shih-csoport először egy réteg epidermális sejteket vett egy friss, hámozott hagymából, és vízzel tisztította. Ezután a csapat fagyasztva szárította a hagymát, hogy eltávolítsa a vizet, miközben sejtfalát sértetlen maradja. Ez a folyamat merev és törékenyvé tette a mikroszerkezetet, így savval kezelték a hagymát, hogy eltávolítsák a hemicellulóznak nevezett sejtmerevítő fehérjét és helyreállítsák a rugalmasságot.
A hagymarétegeket úgy állították elő, hogy úgy mozogjanak, mint az izmok, elektrosztatikus működtetőgévé alakítva. Ez azt jelentette, hogy bevonják őket arany elektródákkal, amelyek áramot vezetnek. Az aranyat két vastagságban - 24 nanométer tetején és 50 nanométert alul - felhordták, hogy különféle hajlítási merevségeket lehessen létrehozni, és a sejteket hajlítsák és nyújtják életreható módon. Ez szépen párosul a hagymabőr természetes hajlamával különböző irányokba hajlítani, amikor az elektrosztatikus vonzerő miatt különböző feszültségeknek vannak kitéve.
A csapat izomszerű "csipesszel" készített hagymabőr sejtekből. (Shih Lab, Nemzeti Tajvani Egyetem) Az alacsonyabb feszültség (0–50 volt) a sejteknek meghosszabbodását és kihúzódását okozta eredeti íves szerkezetükhöz képest, míg a nagyobb feszültség (50–1000 volt) a vega izom összehúzódását és felfelé hajlását okozta. Azáltal, hogy ezeket a feszültségeket az izommozgások változtatásához szabályozta, a hagyma két elrendezését csipeszként használták egy kis pamutgolyó megfogásához - jelentetik Shih és munkatársai ezen a héten az Applied Physics Letters-ben .
Ennek a sikernek viszonylag magas feszültséget kellett igénybe vennie, amit Shih a koncepció legfontosabb hátrányainak nevez. Alacsonyabb feszültségre van szükség az izom apró elemekkel vagy mikroprocesszoros alkatrészekkel történő vezérléséhez, amelyek jobban megfelelnének az implantátumoknak vagy a robot alkatrészeinek. "Jobban meg kell értenünk a cellafalak konfigurációját és mechanikai tulajdonságait, hogy jobban legyőzzük ezt a kihívást" - jegyzi meg.
A hagymasejtek bizonyos előnyökkel járnak az élő izomsejtek mesterséges szövet létrehozására való korábbi kísérleteivel szemben - mondja Shih. "A sejtek tenyésztése az izomszövet darabjának előállításához a húzóerő előállításához továbbra is nagyon kihívást jelent" - mondja Shih. Az emberek már megpróbálták használni az élő izmokat. De akkor problémává válik az izomsejtek életben tartása. Zöldségsejteket használunk, mivel a sejtfalak izomerőt biztosítanak, függetlenül attól, hogy a sejtek életben vannak-e vagy sem.
A tartósság kérdés ugyanakkor: Az aranyozás segített megvédeni a hagyma izmait, de a nedvesség mégis behatolhat a sejtfalakon és megváltoztathatja az anyag tulajdonságait. Shihnek van egy ötlete e probléma kezelésére, amelyet hamarosan kipróbálhat. "A hagyma mesterséges izomját nagyon vékony fluoridréteggel boríthatjuk be" - mondja. "Ez a mű izmot átjárhatatlanná teszi a nedvességre, de nem változtatja meg az eszköz lágyságát."
