Физики создали гелевый материал, способный двигаться против течения
7 ноября 2012 года
Американские физики создали особый гелевый материал из микротрубочек, капли которого способны самостоятельно двигаться против течения или плыть в произвольном направлении, что позволит создать материалы, имитирующие поведение живых клеток, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
Одной из отличительных черт живых организмов является их способность двигаться в произвольном направлении, в том числе и при противодействии среды. Одноклеточные организмы и бактерии двигаются по питательной среде при помощи белковых микротрубочек в их жгутиках или псевдоподиях. Эти микротрубочки состоят из белка тубулина, способного к растяжению или сокращению, что позволяет организму совершать движения.
Группа физиков под руководством Звонимира Догича (Zvonimir Dogic) из университета Брандейса в городе Уолтхэм (США) попыталась использовать подобные нити для создания особых искусственных материалов, способных двигаться таким же образом, что и живые организмы.
Для этого ученые извлекли отдельные "детали" этого механизма из живых клеток - белковые микротрубочки и белки из семейства кинезинов - и попытались превратить их в молекулярный двигатель. Для этого ученые добавили в раствор молекулы другого белка - стрептавидина, который "сшивал" отдельные трубки и присоединенные к ним хвосты кинезинов в "связки" из микротрубочек.
Затем исследователи объединили отдельные "двигатели" из микротрубочек в единое целое, смешав их с набором из полимерных спиралей. По словам ученых, подобная конструкция достаточно устойчива с химической точки зрения и сохраняет стабильность в течение продолжительного времени.
Ученые проверили, работает ли их изобретение, добавив к раствору с "двигателями" универсальный источник энергии в живых клетках - молекулы АТФ. В результате этого молекулы кинезинов начинали двигаться по цепочкам тубулина, вынуждая их менять свою форму и расположение.
Убедившись в наличии активности, авторы статьи решили проверить, как поведут себя микроскопические капли геля, внутрь которых будут встроены молекулярные "моторы". Догич и его коллеги изготовили несколько таких частиц и выпустили их на поверхность маслянистой жидкости.
Оказалось, что гелевые капли диаметром в несколько десятков микрометров достаточно активно двигались - в общей сложности каждая частица преодолела около 250 микрометров пути за 33 минуты движения. Относительно скромная дистанция движения объясняется тем, что капли в большинстве случаев двигались не по прямым линиям, а по кругу. По словам ученых, скорость движения таких капель можно менять, увеличивая или уменьшая концентрацию молекул АТФ в растворе.
В своих следующих работах Догич и его коллеги попытаются найти способ управлять направлением движения капель. Поиск ответа на данный вопрос поможет понять, как живые клетки научились двигаться в конкретном направлении, заключают ученые.