Pueden ser posibles dispositivos médicos alimentados por proteínas sintéticas creadas a partir de secuencias repetidas de proteínas, según expertos en ciencia de materiales y biotecnología, que miró material inspirado en las proteínas de los dientes de los calamares.

"La pregunta que teníamos era si podríamos fabricar dispositivos médicos flexibles y autorreparables para que funcionen con protones de la forma en que lo hacen los sistemas biológicos". "dijo Melik Demirel, Pierce Development Professor y profesor de ingeniería y mecánica. "La naturaleza sabe cómo transferir protones, por ejemplo en la carga de energía biológica conocida como ATP (trifosfato de adenosina) ".

En la actualidad, La transferencia de protones es una parte integral de las pilas de combustible. pero estas células usan membranas de transferencia de iones como Nafion, fabricado a partir de polímeros que no son biocompatibles. La visión de futuro es tener dispositivos médicos implantables que puedan funcionar sin baterías, usando conducción de protones, pero para hacer eso, los conductores de protones deben ser biocompatibles.

Los polímeros fabricados a partir de proteínas inspiradas en los dientes anulares de calamar no solo son biocompatibles, también son autocurativas, flexible y estirable. Debido a que se fabrican de forma bio-sintética eligiendo las secuencias de ADN, La fabricación de estas proteínas se puede programar para que tenga conductividad y flexibilidad variables. Siempre que un material contenga el 60 por ciento (típico del interior del cuerpo) o más agua, puede producirse conducción de protones.

Desafortunadamente, Los conductores de protones a base de proteínas no son tan potentes o eficientes como los conductores de polímero. por lo que los investigadores buscaban una forma de optimizar la conductividad protónica del material. Informan los resultados de su trabajo en línea en Química de Materiales .

Proteínas de dientes anulares de calamar, compuesto por aminoácidos, contienen muchas repeticiones en tándem en su composición molecular. Las repeticiones en tándem suelen ser series cortas de moléculas que están dispuestas para repetirse tantas veces como desee. Los investigadores crearon proteínas inspiradas en el calamar con 4, 7, 11 y 25 repeticiones. Luego crearon películas a partir de estos materiales.

Los investigadores encontraron que aumentar el número de repeticiones en tándem aumentaba la conductividad protónica de las proteínas. Probaron diferentes combinaciones de aminoácidos y descubrieron que reemplazar las secuencias de histidina con alanina, otro aminoácido, en la proteína, disminuía la conductividad de los protones. lo que explicaba por qué la seda, una proteína de repetición en tándem similar, no es un buen conductor de protones.

Mirando las proteínas sintéticas inspiradas en los dientes de los anillos de calamar, los investigadores se dieron cuenta de que por lo general se componen de una sección amorfa y una sección cristalina. Descubrieron que estirar el polímero aumentaba la conductividad en la dirección del estirado, pero no en la dirección perpendicular, y ese estiramiento realineó los segmentos cristalinos para conducir mejor.

Los conductores de protones biológicos existen en la naturaleza, incluida la seda, bordillo, colágeno melanina y albúmina de suero bovino; sin embargo, el material sintético inspirado en los dientes de los anillos de calamar se comportó mucho mejor que cualquiera de las proteínas naturales.

"Nuestro objetivo es comprender las reglas de diseño de los conductores de protones biológicos para que podamos crear una proteína sintética que sea tan buena como un conductor de protones no biocompatible". "dijo Demirel." Entonces, ¿Podemos hacer una autocuración? marcapasos flexible de este tipo de dispositivo? ¿Podemos fabricar dispositivos bioelectrónicos protónicos? "