تقلید نانوماشین‌ها از حرکت رشته‌های ماهیچه‌ای

[sevda_sj]

گروهی از پژوهشگران در فرانسه برای اولین بار موفق شدند حرکت هزاران ماشین مولکولی را به نحوی هم راستا کنند که رفتاری مانند یک ابزار میکرومتری را از خود نشان دهد.

راست و چپ: انقباض و انبساط تلسکوپی زنجیر‌های پلیمر در اجتماع بزرگی از هزاران نانوماشین. وسط: مدل مولکولی از سه نانوماشین که توسط زنجیره پلیمری به یکدیگر متصل متصل شده‌اند.

همچنین به نظر می‌رسد اثر مجموع نانوماشین‌ها در انبساط و انقباض مشابه رفتار حرکتی رشته‌های ماهیچه‌ای انسان است. این نتایج می‌تواند در محدوده وسیعی از کاربردها مانند ساخت ماهیچه‌های مصنوعی،
نانو و میکرو ربات‌ها، و موتورهای مکانیکی پیشرفته‌ای که با استفاده از نانوماشین‌ها کار می‌کنند، دارای اهمیت باشد.


ماشین‌های مولکولی در همه جای طبیعت وجود دارند. این ماشین‌ها که از اتصال پیچیده پروتئین‌ها ساخته شده‌اند برای استفاده در فرآیند‌های ارگانیسم‌های زنده مانند انتقال یون، سنتز ATP، و تقسیم سلول‌ها مناسب هستند. در حقیقت ماهیچه‌های ما توسط حرکت همسوی هزاران عدد از این ماشین‌ها کنترل می‌شود.


اگرچه دانشمدان در دهه گذشته پیشرفت قابل توجهی در سنتز نانوماشین‌های مصنوعی داشته‌اند، اما در همراستا کردن حرکت مجموعه این نانوابزارها برای مشابهت بیشتر با نمونه‌های طبیعی چندان موفق نبوده‌اند. نیکلاس گیوسپون از دانشگاه استراسبورگ و همکارانش در دانشگاه پاریس – دیدروت در تلاش برای حل این مشکل هستند.

این پژوهشگران توانستند در اتصال هزاران نانوماشین به یکدیگر موفق گردند. آنان این کار را با استفاده از لیگاندهای مولکولی به نام ترپیریدین انجام دادند. این لیگاند‌ها به یون‌های فلزی متصل شده و یک زنجیره بسیار بلند پلیمری ابرمولکول تشکیل می‌دهند. هر منومر از روتاکسان‌های دو رشته‌ای ساخته شده که از دو رشته لغزنده تشکیل شده و زمانی که pH محیط تغییر می‌کند در فاصله‌ای در حدود یک نانومتر منبسط و منقبض می‌گردد. از آنجا که این حرکت در طول هزاران منومر به هم پیوسته موجود در پلیمر تکرار می‌شود حرکت انبساطی و انقباضی کلی در فاصله‌ای در حدود ده‌ها میکرون روی می‌دهد.


گیوسپون توضیح می‌دهد که این حرکت بسیار مشابه لغزش رشته‌های ماهیچه طبیعی به نام Sacormer است. وی می‌گوید: «نتایج ما تایید تجربی وجود این مکانیسم در طبیعت است که در سیستم مصنوعی به تایید رسیده است، کاربردهای بالقوه شامل ساخت نانو و میکرو ربات‌ها و حتی مواد زیستی با خاصیت انقباض‌پذیری مانند رشته‌های مصنوعی ماهیچه است.»


اکنون این گروه پژوهشی براساس این یافته‌ها، در تلاش است تا حرکت انبساطی – انقباضی را تقویت کرده و سایر انواع حرکت‌ها مانند حرکت‌های پیچشی و چرخشی را نیز با یکدیگر هم‌محور نمایند. این حرکت‌ها می‌تواند مشابه عملی باشد که باکتری با تکان دادن تاژک‌ها برای جابجایی استفاده می‌کنند.

این دانشمندان نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Angewandte Chemie International Edition منتشر کرده‌اند.

منبع:

+