Materiál inšpirovaný morským červom sa mení podľa prostredia

Červ Nereis virens, ktorý inšpiroval nový výskum v laboratóriach MIT pre atómovú a molekulárnu mechaniku. Jeho čeľusť je vyrobená z mäkkého organického materiálu, no je i tak silná ako tvrdšie materiály, ako je napríklad ľudský dentín.

Želatínová čeľusť morského červa, ktorá sa stáva tuhou alebo flexibilnou v závislosti od okolitého prostredia, inšpirovala výskumníkov z Massachusetts Institute of Technology, aby vyvinuli nový materiál, ktorý sa dá použiť na mäkkú robotiku. Napriek tomu, že má štruktúru gélu, je táto zlúčenina vybavená vysokou mechanickou odolnosťou a konzistenciou a je schopná prispôsobiť sa meniacemu sa prostrediu.

Vedci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) sledovali morského červa nazývaného Nereis virens s cieľom vytvoriť meniaci sa materiál, ktorý má schopnosť byť flexibilný alebo tuhý. Čeľusť tohto červa má textúru podobnú želatíne, ale ak sa prostredie mení, materiál môže zmeniť tvrdosť podobnú dentínu alebo ľudských kostí.

Chemický inžinier Francisco Martín-Martínez, španielsky výskumník v laboratóriu MIT pre atómovú a molekulárnu mechaniku vysvetlil, že „čeľusť Nereis virens sa skladá z proteínu, ktorý obsahuje veľké množstvo histidínu, čo je aminokyselina, ktorá interaguje s iónmi z prostredia a to ju robí viac či menej flexibilnou v závislosti od prostredia, v ktorom sa nachádza.“

Materiál popísaný v štúdii publikovanej v časopise ACS Nano, bol vyvinutý v spolupráci s výskumnými laboratóriami vzdušných síl USA.

„Je to hydrogél vyrobený zo syntetizovaného proteínu podobnému tomu, ktorý tvorí čeľusť tohto červa a ktorý mu dáva štruktúrnu stabilitu a pôsobivý mechanický výkon,“ hovorí Martín-Martínez, ktorý dodáva: „Keď zmeníme ióny prostredia a koncentrácie solí, materiál sa rozširuje alebo kontrahuje. „

Tím zistil, že na molekulárnej úrovni je štruktúra proteínového materiálu posilnená, keď prostredie obsahuje ióny zinku a určité pH indexy. Zinočnaté ióny vytvárajú chemické väzby so štruktúrou zlúčeniny. Tieto väzby sú reverzibilné a môžu sa ľahko vytvoriť alebo zlomiť, čím sa materiál stáva dynamickejším a flexibilnejším.

Vedci z MIT okrem toho vytvorili model, ktorý je schopný predpovedať, ako látka funguje, a uskutočnili teoretickú štúdiu, ktorá vysvetľuje molekulárny mechanizmus zodpovedný za toto správanie.

Týmto spôsobom boli vedci schopní pomocou superpočítačov simulovať, ako sa zlúčenina chová a to s cieľom zlepšiť ju a navrhnúť jej molekulárnu štruktúru ešte predtým, ako ju príjmu do laboratória.

Robotika a senzory

Nový materiál by mohol mať rôzne aplikácie, ako vysvetľuje Martín-Martínez: „Jeho schopnosť zmršťovať a rozširovať sa, je zvlášť vhodná na vytváranie zariadení, ktoré fungujú ako svaly pre tzv. mäkké roboty, ktoré sú vyrobené z polymérov. Pri vývoji senzorov, ktoré nepotrebujú používať externé napájacie zdroje a kontrolné zariadenia pre zložité elektronické systémy. „

V tomto projekte bol Martín-Martínez, pôvodne z Granady (Španielsko), zodpovedný za teoretickú štúdiu, ktorá vysvetľuje mechanizmus, ktorým histidín odlišne  interaguje s rôznymi iónmi a spôsobuje, že materiál sa rozširuje a zmršťuje. „Vďaka tomu rozumieme tomu, čo sa deje a môžeme ho kontrolovať a vylepšovať,“ zdôrazňuje.


Zdroj: nanowerk.com

Leave a Comment