Τεχνητοί μύες που κινούνται με γλυκόζη

Τεχνητοί μύες που κινούνται με γλυκόζη

liu.se

Τεχνητή μύες, φτιαγμένοι από πολυμερή, μπορούν να κινούνται με ενέργεια από γλυκόζη και οξυγόνο, όπως οι κανονικοί, βιολογικής προέλευσης μύες, σε μια εξέλιξη που ενδεχομένως να ανοίξει τον δρόμο για εμφυτεύσιμους τεχνητούς μύες ή αυτόνομα μικρορομπότ που θα αντλούν ενέργεια από το περιβάλλον τους.

Οι μύες μας κινούνται χάρη σε ενέργεια που απελευθερώνεται όταν η γλυκόζη και το οξυγόνο συμμετέχουν σε βιοχημικές αντιδράσεις. Με παρόμοιο τρόπο, τεχνητοί ενεργοποιητές (actuators) μπορούν να μετατρέπουν ενέργεια σε κίνηση, ωστόσο επί της προκειμένης η ενέργεια προέρχεται από άλλες πηγές, όπως ο ηλεκτρισμός.

Επιστήμονες στο Linköping University επιδίωξαν να δημιουργήσουν τεχνητούς μύες οι οποίοι λειτουργούν περισσότερο σαν βιολογικοί μύες- και σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials αποδεικνύουν πως αυτό είναι δυνατόν, χρησιμοποιώντας τεχνητούς μύες οι οποίοι κινούνται με γλυκόζη και οξυγόνο, όπως τα σώματά μας.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ηλεκτροενεργό πολυμερές, την πολυπυρρόλη, που αλλάζει μέγεθος όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα, Ο τεχνητός μυς (polymer actuator) αποτελείται από τρία στρώματα: Ένα λεπτό στρώμα μεμβράνης ανάμεσα σε δύο στρώματα ηλεκτροενεργού πολυμερούς. Το σχέδιο αυτό έιναι σε χρήση εδώ και πολλά χρόνια, και λειτουργεί με το υλικό στη μια πλευρά της μεμβράνης να αποκτά θετικό φορτίο, εκτοξεύοντας ιόντα, με αποτέλεσμα να συρρικνώνεται. Ταυτόχρονα, το υλικό στην άλλη πλευρά αποκτά αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, με ιόντα να εισάγονται, και αποτέλεσμα τη διαστολή του. Οι αλλαγές στο μέγεθος κάνουν τον ενεργοποιητή να κάμπτεται προς τη μία κατεύθυνση, με τον ίδιο τρόπο που συστέλλεται ένας μυς.

Τα ηλεκτρόνια που προκαλούν την κίνηση στους τεχνητούς μύες κανονικά προέρχονται από εξωτερικές πηγές, όπως μια μπαταρία. Ωστόσο οι μπαταρίες έχουν κάποια προφανή μειονεκτήματα: Είναι συνήθως βαριές και πρέπει να φορτίζονται τακτικά. Οι επιστήμονες πίσω από τη μελέτη αυτή αποφάσισαν αντ'αυτού να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία πίσω από τα βιοηλεκτρόδια, που μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική με τη βοήθεια ενζύμων. Για αυτόν τον σκοπό χρησιμοποίησαν φυσικά ένζυμα ενσωματώνοντάς τα στα πολυμερή.

«Τα ένζυμα αυτά μετατρέπουν τη γλυκόζη και το οξυγόνο, με τον ίδιο τρόπο όπως στο σώμα, έτσι ώστε να παράγουν τα ηλεκτρόνια που απαιτούνται για την κίνηση σε έναν τεχνητό μυ φτιαγμένο από ηλεκτροενεργό πολυμερές. Δεν απαιτείται πηγή ρεύματος- αρκεί απλά να βυθίσεις τον ενεργοποιητή σε ένα διάλυμα γλυκόζης» λέει ο Έντουϊν Γιάγκερ, λέκτορας στο Τμήμα Φυσικής, Χημείας και Βιολογίας στο πανεπιστήμιο, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας μαζί με τον Άντονι Τέρνερ. Όπως και στους βιολογικούς μύες, η γλυκόζη μετατρέπεται απευθείας σε κίνηση στους τεχνητούς μύες.

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές θα είναι ο έλεγχος των βιοχημικών αντιδράσεων στα ένζυμα, έτσι ώστε η κίνηση να είναι αναστρέψιμη για πολλούς κύκλους. Ήδη έχουν δείξει πως η κίνηση είναι αναστρέψιμη, ωστόσο χρειάστηκε ένα τέχνασμα για να γίνει αυτό- οπότε τώρα στόχος είναι η δημιουργία ενός συστήματος που είναι ακόμα πιο κοντά στον βιολογικό μυ.