Биологические инструменты создают полимерную сеть, похожую на нерв

Исследователи из Национальных лабораторий Сандия создали связи из полимерных нанотрубок, напоминающие структуру нерва с множеством отростков, готовых собирать или отправлять электрические импульсы. Для этого они использовали последовательность биологических механизмов.

«Это первая демонстрация того, как природные белки собирают химически созданные полимеры в сложные структуры, которые не может воспроизвести современная техника», — сказал исследователь Джордж Бачанд.

Соисследователь Уолли Пакстон отметил, что это фундаментальная наука, но в перспективе такие мягкие искусственные структуры могут безболезненно взаимодействовать с нервными структурами организма. В отличие от современных жестких электродов, вызывающих воспаление, полимерная сеть могла бы «удлинять» нерв, обеспечивая более мягкий интерфейс для протеза.

Белки как зачарованные метлы Диснея

Создание нейроподобной структуры начинается с изменения поведения моторных белков кинезинов — биологических машин, присутствующих в каждой человеческой клетке. В норме они переносят материалы внутри клетки, «шагая» по микротрубочкам. Их целеустремленность напоминает зачарованные метлы из «Фантазии» Диснея.

Исследователи «приклеили» «плечи» кинезинов к стеклянной подложке, обездвижив их тела, но оставив активными «ноги». Эти ноги пропускают над собой микротрубочки, как толпа передает артиста при сёрфинге.

Затем эти движущиеся микротрубочки (длиной в микрометры) встречают введенные исследователями относительно крупные полимерные сферы (десятки микрометров в диаметре). Микротрубочки, предварительно покрытые липким веществом, «отщипывают» от сфер полимерные нанотрубки, которые удлиняются по мере движения кинезинов. Процесс похож на вытягивание нитей сыра с пиццы.

Удлиняясь и сшиваясь, нанотрубки образуют сложные структуры, напоминающие огни города с высоты. Сети имеют общий размер от сотен микрометров до десятков миллиметров и состоят из трубок диаметром 30–50 нанометров.

«Следующий шаг — можем ли мы соединить их? Моторы должны сделать это естественным образом. Две такие сети, соединенные вместе, будут иметь встроенную самовосстановление. Моторы работают, пока не закончится топливо. Если ветвь разрывается, мотор может создать новую», — пояснил Бачанд.

Вставка квантовых точек также оказалась стабильной, что означает возможность передачи информации через структуру с помощью света, а также электричества.

Статья была опубликована в апреле в журнале Nanoscale.