Исследователи из Университета Вуллонгонга (UOW) в Австралии создали искусственные мышцы, вдохновленные сверхспирализацией нитей ДНК.
ДНК — один из самых впечатляющих примеров силы сжатия в природе. Именно она позволяет скрутить нити длиной около 2 метров и поместить их в одну человеческую клетку. Для этого ДНК использует процесс суперспирализации. Напомним, сверхспирализация — явление перекручивания топологически замкнутых цепей ДНК, в результате которого ось двойной спирали ДНК сама закручивается в спираль более высокого порядка. Под «топологически замкнутыми» понимают молекулы, свободное вращение концов которых затруднено (кольцевые молекулы ДНК либо линейные молекулы, концы которых зафиксированы белковыми структурами). Помимо ДНК, похожий эффект можно можно наблюдать во всем — от спутанного садового шланга до проводов наушников.
В рамках нового исследования ученые UOW воспроизвели это явление при создании искусственных мышц. Биологи сделали их из композитных полиэфирных волокон, покрытых гидрогелем, который набухает при намокании. Их скрутили в форму спирали ДНК, а затем погрузили в воду для набухания.
Обычно это приводит к распутыванию волокон. Однако ученые выяснили, что, если зажать их концы, то они подвергаются сверхспирализации. В результате нити создают относительно большое количество механической силы.
В эксперименте суперспиральные волокна сократились до 10% от своей первоначальной длины, генерируя эквивалент 1 Джоуля энергии на грамм. Механическая работа, которую может выполнять мышца из таких нитей, в 36 раз выше, чем у сопоставимой скелетной мышцы человека.
Тем не менее, пока образцы двигаются довольно медленно из-за механизма действия гидрогеля. Однако ученые уверяют, что процесс можно ускорить, изменив материалы или методы производства искусственных мышц, оставив сверхспирализацию волокн.
Journal information