Popeye teki pinaatista kuuluisan lihaksia rakentavana vihanneksena. Mutta kasvikset saattavat joskus tehdä sinusta vahvempia syömättä - kun tutkijat käyttävät niitä rakentamaan uutta luokkaa keinotekoisia lihaksia. Tällä viikolla Taiwanin joukkue paljasti kullatut sipulisolut, jotka osoittavat lupaavan laajentua, supistua ja taipua eri suuntiin aivan kuten todellinen lihaskudos.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä sipuli ei koskaan saa sinua itkemään
- Tässä robotissa on parempia lihaksia kuin sinä
Keinotekoisilla lihaksilla on laaja valikoima mahdollisia sovelluksia, loukkaantuneiden ihmisten auttamisesta robotteihin, ja niiden rakentamiseen on monia tapoja. Esimerkiksi viime vuonna tutkijat kehittivät yksinkertaisista siimoista keinotekoisia lihaksia, jotka pystyivät nostamaan 100 kertaa enemmän kuin saman koon ja painon ihmisen lihakset. Mutta vielä ei ole syntynyt selvästi ylivoimaista tapaa tehdä vääriä lihaksia.
"On olemassa keinotekoisia lihaksia, jotka on kehitetty käyttämällä elastomeerejä, muotomuistiseoksia, pietsosähköisiä komposiitteja, ionijohtavia polymeerejä ja hiilinanoputkia", sanoo Wen-Pin Shih Taipean kansallisesta yliopistosta. ”Ajomekanismit ja toiminnot ovat hyvin erilaisia.” Jotkut keinotekoiset lihastyypit ohjaavat painetta, kuten pneumaattisissa järjestelmissä, kun taas toiset luovat liikettä lämpötilan muutosten tai sähkövirran kautta.
Suuri haaste keinotekoisten lihasten valmistajille on ollut materiaaliensa suunnittelu siten, että ne taipuvat ja supistuvat samalla tavalla kuin oikeat lihakset tekevät. Kun joku taipuu esimerkiksi klassisen "lihas" -pososiin, hauislihas supistuu, mutta myös taipuu ylöspäin nostamaan käsivartta. Shih ja hänen kollegansa yrittivät suunnitella keinotekoista lihasta, joka voisi samanaikaisesti taipua ja supistua tällä tavalla, ja he havaitsivat, että sipulin ihon rakenne ja mitat olivat hyvin samankaltaiset kuin mikrostruktuuri heillä oli mielessä.
Pistävän pistävän vihanneskokeen testaamiseksi Shih-ryhmä otti ensin yhden kerroksen epidermisolut tuoreesta, kuoritusta sipulista ja pesti sen puhtaalla vedellä. Sitten joukkue kylmäkuivattiin sipulia veden poistamiseksi jättäen sen soluseinät ehjiksi. Tämä prosessi muutti mikrorakenteen jäykäksi ja hauraaksi, joten he käsitelivät sipulia hapolla poistamaan hemiselluloosaksi kutsutun solujäykistävän proteiinin ja palauttamaan kimmoisuuden.
Sipulikerrokset saatiin liikkumaan kuten lihakset kääntämällä ne sähköstaattisiksi toimilaitteiksi. Tämä tarkoitti niiden päällystämistä kultaelektrodoilla, jotka johtavat virtaa. Kulta levitettiin kahdessa paksuudessa - 24 nanometriä päällä ja 50 nanometriä alhaalla - erilaisten taivutusjäykkyiden luomiseksi ja solujen saattamiseksi taipumaan ja venymään elinkelpoisilla tavoilla. Tämä yhdistyi hienosti sipulin ihon luonnollisen taipumuksen kanssa taipua eri suuntiin, kun heille altistettiin erilaiset jännitteet sähköstaattisesta vetovoimasta johtuen.
Ryhmä teki lihasmaisia "pinsettejä" sipulin ihosoluista. (Shih Lab, Taiwanin kansallinen yliopisto) Pienemmät 0 - 50 voltin jännitteet saivat solut venymään ja litistymään alkuperäisestä kaarevasta rakenteestaan, kun taas korkeammat 50 - 1000 voltin jännitteet saivat kasvislihaksen supistumaan ja taipumaan ylöspäin. Hallitsemalla näitä jännitteitä lihaksen liikkeiden vaihtelemiseksi, kahta sipulijärjestelystä käytettiin pinsettinä pienen puuvillapallon tarttumiseen, Shih ja hänen kollegansa raporttivat tällä viikolla Applied Physics Letters -lehdessä .
Mutta menestys vaati suhteellisen suurta jännitettä, jota Shih kutsuu konseptin tähänastiseksi suurimpana haittana. Pienempiä jännitteitä tarvitaan lihaksen ohjaamiseksi pienillä paristoilla tai mikroprosessorikomponenteilla, jotka sopisivat paremmin tehoimplantteihin tai robottiosiin. "Meidän on ymmärrettävä soluseinien kokoonpano ja mekaaniset ominaisuudet paremmin tämän haasteen voittamiseksi", hän toteaa.
Sipulisolut tarjoavat joitain etuja verrattuna aikaisempiin yrityksiin käyttää eläviä lihassoluja keinotekoisen kudoksen luomiseen, Shih sanoo. "Solujen viljely lihaskudoksen muodostamiseksi palavoiman tuottamiseksi on edelleen erittäin haastavaa", Shih sanoo. ”Ihmiset ovat yrittäneet käyttää eläviä lihaksia aiemmin. Mutta sitten siitä, kuinka lihassolut pysyvät hengissä, tulee ongelma. Käytämme vihannesoluja, koska soluseinät tarjoavat lihasvoimaa riippumatta siitä ovatko solut eläviä vai ei. "
Kestävyys on kuitenkin ongelma: kultapäällyste auttoi suojaamaan sipulilihaksia, mutta kosteus voi silti tunkeutua niiden soluseinämiin ja muuttaa materiaalin ominaisuuksia. Shihillä on ajatus puuttua tähän ongelmaan, joka voitaisiin pian asettaa koetukselle. "Voimme päällystää sipulin keinotekoisen lihaksen erittäin ohuella fluoridikerroksella", hän sanoo. "Tämä tekee keinotekoisesta lihaksesta kosteutta läpäisemätöntä, mutta ei muuta laitteen pehmeyttä."
