Un conjunto parecido a un nervio creado por nanomotores de proteínas que actúan sobre filamentos de polímero en Sandia National Laboratories. Crédito:Laboratorios Nacionales Sandia
Usando una sucesión de mecanismos biológicos, Los investigadores de Sandia National Laboratories han creado enlaces de nanotubos de polímero que se asemejan a la estructura de un nervio, con muchos filamentos de empuje preparados para recoger o enviar impulsos eléctricos.
"Esta es la primera demostración de proteínas naturales que ensamblan polímeros creados químicamente en estructuras complejas que la maquinaria moderna no puede duplicar, ", dijo el investigador de Sandia National Laboratories, George Bachand.
El co-investigador de Sandia, Wally Paxton, dijo:"Esta es la ciencia fundamental, pero una posibilidad que vemos, camino por el camino, es utilizar estructuras artificiales suaves como estas para interactuar sin dolor con las estructuras nerviosas del cuerpo ".
En la actualidad, Se utilizan electrodos rígidos que causan inflamación para penetrar el tejido nervioso tratando de comunicarse con una extremidad artificial. él explicó. En lugar de, en una aplicación futura, la red de polímero podría usarse para extender el nervio, proporcionando una interfaz protésica más suave.
Proteínas como las escobas encantadas de Disney
Creación de la estructura neural, inalcanzable mediante técnicas de fabricación normales, comienza alterando el comportamiento de las proteínas motoras kinesin, máquinas biológicas que se encuentran en cada célula humana. Estos pequeños motores normalmente transportan material de una parte de una celda a otra, llevándolos en qué, en gráficos de video, se retrata como un cuerpo vertical con dos piernas. Estos recorren los microtúbulos de proteínas que forman la estructura celular. La determinación de los motores se asemeja a la de las escobas hechizadas en Fantasía de Disney, llevando implacablemente cubos de agua por las escaleras del castillo.
Dando vueltas a la maquinaria de la naturaleza, los investigadores utilizaron técnicas conocidas para pegar los "hombros" de los motores de kinesina a un sustrato de vidrio. Esto evita que sus cuerpos viajen, pero sus "piernas" por encima de ellos continúan sus vigorosos movimientos. Estos pasan microtúbulos por encima de ellos, como una audiencia con artistas de crowdsurfing con las manos en alto.
Los investigadores de Sandia National Laboratories George Bachand y Wally Paxton en un microscopio confocal iluminando las primeras máquinas biomoleculares para ensamblar estructuras complejas de polímeros. Crédito:Randy Montoya
En el siguiente paso de laboratorio, estos microtúbulos de proteínas viajeras, micrones de longitud, encontrar esferas de polímero relativamente grandes, decenas de micrones de diámetro, insertado por los investigadores.
"En ese punto, tenemos estructuras que quieren trabajar, los microtúbulos alimentados con kinesina, y algo en lo que quieren trabajar, las esferas, "Dijo Paxton.
Los microtúbulos, prerrevestido con una sustancia pegajosa, pellizque los nanotubos de polímero de la esfera que se alargan a medida que avanzan los motores de kinesina. El proceso se asemeja a hebras fibrosas de queso que se alargan cuando se saca un trozo de pizza de una sartén, dijo Paxton.
A medida que los nanotubos se alargan y se reticulan, forman estructuras lo suficientemente complejas como para recordar las luces de una ciudad vistas de noche desde un avión a gran altura. Las redes van desde cientos de micrómetros hasta decenas de milímetros de tamaño total y están compuestas por tubos de 30 a 50 nanómetros de diámetro.
En estas imágenes de microscopía fluorescente, la imagen roja, izquierda, muestra solo nanotubos de polímero, mientras que la imagen verde muestra también microtúbulos de proteína. Debido a que las microesferas de polímero absorben más tinte fluorescente que los nanotubos, las esferas son más brillantes. Cada "nodo" central de las redes tiene aproximadamente 20 micrones de diámetro, y algunos de los tubos miden más de 100 micrones. Crédito:Laboratorios Nacionales Sandia
"Uno de los objetivos de nuestro trabajo es crear un estructura neural altamente ramificada, ", dijo Bachand." El siguiente paso es, ¿Podemos conectarlos juntos? La respuesta es, los motores deberían hacerlo de forma natural. Y dos de esas redes, juntos unidos, tendría la autocuración incorporada en ellos. Los motores nunca dejan de funcionar hasta que se quedan sin combustible. Se rompe una rama neural, y luego un motor puede actuar en esa área para producir una nueva rama ".
La inserción de puntos cuánticos también resultó estable, lo que significa que la luz podría usarse para transportar información a través de la estructura, así como también electricidad.
En abril se publicó un artículo en la revista Nanoescala .
