Popeye tegi spinati kuulsaks kui lihaseid kasvatav köögivili. Kuid köögiviljad võivad teid ühel päeval tugevamaks muuta ilma söömata - kui teadlased kasutavad neid uue kunstlike lihaste klassi ehitamiseks. Sel nädalal avalikustas Taiwani meeskond kullatud sibularakud, mis näitavad lubadusi laieneda, tõmbuda kokku ja painduda eri suundades nagu päris lihaskude.
Seotud sisu
- See sibul ei pane sind kunagi nutma
- Sellel robotil on paremaid lihaseid kui teil
Kunstlikel lihastel on lai valik erinevaid rakendusi, alates vigastatud inimeste abistamisest kuni robotite käivitamiseni ja nende ehitamiseks on palju võimalusi. Näiteks töötasid teadlased eelmisel aastal välja lihtsatest õngenööridest koosneva kunstlihaste komplekti, mis suudaks tõsta 100 korda rohkem kui sama suuruse ja raskusega inimese lihased. Kuid seni pole veel ilmnenud ühtegi paremat viisi võltslihase valmistamiseks.
"Seal on kunstlikke lihaseid, mis on välja töötatud elastomeeride, kuju mälusulamite, piesoelektriliste komposiitide, ioonjuhtivate polümeeride ja süsiniknanotorude abil, " ütleb Taipei Riikliku Taiwani ülikooli Wen-Pin Shih. “Ajamimehhanismid ja funktsioonid on väga mitmekesised.” Mõnda kunstlikku lihasetüüpi juhib rõhk, näiteks pneumaatilistes süsteemides, teised tekitavad liikumist temperatuurimuutuste või elektrivoolu kaudu.
Kunstlike lihaste valmistajate jaoks on suur väljakutse olnud oma materjalide kavandamine, et painutada ja samal ajal tõmbuda, nagu tõelised lihased teevad. Kui keegi näiteks klassikalist “tee lihased” poseerib, siis nende biitseps tõmbub kokku, kuid käsivarre tõstmiseks kõverdub ka ülespoole. Shih ja tema kolleegid üritasid kavandada tehislihast, mis suudaks samal ajal nii painduda kui ka kokku tõmbuda, ning nad leidsid, et sibula naha struktuur ja mõõtmed olid väga sarnased mikrostruktuuriga, mida neil silmas peeti.
Terava köögivilja proovimiseks võttis Shihi rühm kõigepealt värskelt kooritud sibulast ühe kihi epidermise rakke ja pesi seda veega puhtaks. Seejärel külmkuivatati meeskond sibul vee eemaldamiseks, jättes selle rakuseinad puutumata. See protsess muutis mikrostruktuuri jäigaks ja hapraks, nii et nad töötlevad sibulat happega, et eemaldada rakus jäigastunud valk, mida nimetatakse hemitselluloosiks, ja taastada elastsus.
Sibulakihid pandi liikuma nagu lihased, muutes need elektrostaatiliseks ajamiks. See tähendas nende katmist kuldelektroodidega, mis juhivad voolu. Kulla kanti kahes paksuses - 24 nanomeetrit peal ja 50 nanomeetrit põhjas -, et tekitada erinevad paindejäikused ning muuta rakud elutruul viisil painduvaks ja venitatavaks. See oli kenasti seotud sibula naha loomuliku kalduvusega painduda erinevates suundades, kui sellele mõjuvad elektrostaatilise tõmbe tõttu erinevad pinged.
Meeskond valmistas sibula naharakkudest lihasarnaseid "pintsette". (Shih Lab, Taiwani riiklik ülikool) Madalamad pinged 0–50 volti panid rakud oma algsest kõverjoonelisest konstruktsioonist pikenema ja lamedamaks muutuma, 50–1000 volti kõrgemad pinged panid köögiviljaliha kokku tõmbuma ja ülespoole painutama. Kontrollides neid pingeid lihaste liigutuste varieerimiseks, kasutati väikese sidrunimahla haaramiseks kahte sibulaseadet pintsettidena, teatasid Shih ja tema kolleegid sel nädalal ajakirjas Applied Physics Letters .
Kuid see edu vajas suhteliselt kõrget pinget, mida Shih nimetab kontseptsiooni praeguseks peamiseks puuduseks. Väiksemate pingetega on vaja lihaste juhtimiseks pisikeste akude või mikroprotsessorikomponentidega, mis sobiksid paremini implantaatide või robotiosadega. "Selle väljakutse ületamiseks peame paremini mõistma raku seinte konfiguratsiooni ja mehaanilisi omadusi, " märgib ta.
Sibularakud pakuvad mõningaid eeliseid võrreldes varasemate katsetega kasutada kunstlikke kudede loomiseks elusaid lihasrakke, ütles Shih. "Rakkude kasvatamine tõmbetugevuse tekitamiseks lihaskoest tükiks on endiselt väga keeruline, " ütleb Shih. “Inimesed on varem proovinud elusat lihast kasutada. Kuid siis muutub probleemiks see, kuidas lihasrakke elus hoida. Me kasutame köögiviljarakke, kuna rakuseinad pakuvad lihasjõudu olenemata sellest, kas rakud on elus või mitte. ”
Vastupidavus on siiski probleem: kullakate aitab sibulalihaseid kaitsta, kuid niiskus võib siiski tungida nende rakuseintesse ja muuta materjali omadusi. Shihil on idee selle probleemiga tegeleda, mille võiks peagi proovile panna. "Me võime sibula kunstlihase katta väga õhukese fluoriidikihiga, " ütleb ta. "See muudab tehisliha niiskust mitteläbilaskvaks, kuid ei muuda seadme pehmust."
