Инженер-химик Франсиско Мартин-Мартинес, испанский исследователь из Лаборатории атомной и молекулярной механики Массачусетского технологического института и соавтор статьи, объясняет, что «челюсть Nereis virens состоит из белка, который содержит большое количество гистидина, аминокислоты. который взаимодействует с ионами окружающей среды и делает его более или менее гибким в зависимости от среды, в которой он находится."
Материал, описанный в исследовании, опубликованном в журнале «ACS Nano», был разработан в сотрудничестве с Исследовательской лабораторией ВВС США (AFRL).«Это гидрогель, сделанный из синтезированного белка, подобного тому, который составляет челюсть этого червя, и который придает ему структурную стабильность и впечатляющие механические характеристики», – говорит Мартин-Мартинес, добавляя: «Когда мы меняем ионы окружающей среды и концентрации соли, материал расширяется или сжимается."
Команда обнаружила, что на молекулярном уровне структура белкового материала укрепляется, когда среда содержит ионы цинка и определенные показатели pH. Ионы цинка создают химические связи со структурой соединения. Эти связи обратимы и могут образовываться или разрываться при удобстве, что делает материал более динамичным и гибким.
Кроме того, исследователи из Массачусетского технологического института создали модель, которая способна предсказывать, как действует вещество, и провели теоретическое исследование, объясняющее молекулярный механизм, ответственный за такое поведение.
Таким образом, исследователи смогли смоделировать с помощью суперкомпьютеров поведение соединения, чтобы улучшить его и спроектировать его молекулярную структуру, прежде чем отправлять его в лабораторию. Поскольку AFRL участвует в его разработке, «детали синтеза не являются достоянием общественности», – говорит соавтор.
Робототехника и сенсоры
У нового материала могут быть разные применения, как объясняет Мартин-Мартинес: «Его способность сжиматься и расширяться делает его особенно подходящим для создания устройств, которые работают как мышцы для так называемых мягких роботов, которые сделаны из полимеров.
Его также можно использовать при разработке датчиков, которые не требуют использования внешних источников питания и устройств управления для сложных электронных систем."
В этом проекте Мартин-Мартинес, родом из Гранады (Испания), отвечал за теоретическое исследование, объясняющее механизм, с помощью которого гистидин по-разному взаимодействует с разными ионами и заставляет материал расширяться и сжиматься. «Благодаря этому мы понимаем, что происходит, и можем это контролировать и улучшать», – подчеркивает он.
Мартин Мартинес, проработавший в Массачусетском технологическом институте три года и специализирующийся на проектировании и моделировании материалов, считает, что большинство проблем, которые решаются с помощью технологий, «уже решены природой, почти всегда гораздо лучше, чем мы, люди, можем развиваться, поэтому для нас это отличный источник вдохновения », – заключает он.