Bạn sẽ mặc quần áo làm bằng sợi cơ? Sử dụng chúng để buộc giày của bạn hoặc thậm chí đeo chúng như một chiếc thắt lưng?
Nghe có vẻ hơi kỳ lạ, nhưng nếu những sợi đó có thể chịu được nhiều năng lượng hơn trước khi đứt hơn so với bông, lụa, nylon hoặc thậm chí là vật liệu được sử dụng trong áo chống đạn, thì tại sao không?
>> Tham khảo: Theo dõi sự tin cậy trong các tương tác công việc giữa người và rô-bốt.
Đừng lo lắng, cơ bắp này có thể được tạo ra mà không gây hại cho một con vật nào.
Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis đã phát triển một phương pháp hóa học tổng hợp để polyme hóa các protein bên trong các vi khuẩn đã được xử lý công nghệ. Điều này cho phép các vi khuẩn tạo ra protein cơ có trọng lượng phân tử cao, titin, sau đó được kéo thành sợi.
Nghiên cứu của họ đã được công bố vào thứ Hai, ngày 30 tháng 8 trên tạp chí Nature Communications.
Ngoài ra: “Việc sản xuất nó có thể rẻ và có thể mở rộng. Nó có thể cho phép nhiều ứng dụng mà trước đây người ta đã nghĩ tới, nhưng với các sợi cơ tự nhiên,” Fuzhong Zhang, giáo sư tại Khoa Năng lượng, Môi trường & Kỹ thuật Hóa học cho biết. Giờ đây, những ứng dụng này có thể thành hiện thực mà không cần đến mô động vật thực tế.
>> Tham khảo: Máy tạo nhịp tim không dùng pin, chạy bằng ánh sáng có thể cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân mắc bệnh tim.
Protein cơ bắp tổng hợp được tạo ra trong phòng thí nghiệm của Zhang là titin, một trong ba thành phần protein chính của mô cơ. Điều quan trọng đối với các tính chất cơ học của nó là kích thước phân tử lớn của titin.
“Đó là loại protein lớn nhất được biết đến trong tự nhiên”, Cameron Sargent, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Khoa học Sinh học và Y sinh và là tác giả đầu tiên của bài báo cùng với Christopher Bowen, tiến sĩ mới tốt nghiệp của Khoa Năng lượng, Môi trường & Hóa học. Kỹ thuật.
Zhang cho biết các sợi cơ đã được quan tâm từ lâu. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng thiết kế các vật liệu có đặc tính tương tự như cơ bắp cho các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như trong chế tạo rô-bốt mềm.
“Chúng tôi tự hỏi, ‘Tại sao chúng ta không trực tiếp tạo ra các cơ tổng hợp?'”, anh nói. “Nhưng chúng tôi sẽ không thu hoạch chúng từ động vật, chúng tôi sẽ sử dụng vi khuẩn để làm việc đó.”
Để khắc phục một số vấn đề thường ngăn cản vi khuẩn tạo ra các protein lớn, nhóm nghiên cứu đã biến đổi gen vi khuẩn để ghép các đoạn protein nhỏ hơn lại với nhau thành các polyme có trọng lượng phân tử cực cao với kích thước khoảng hai megadalton – gấp khoảng 50 lần kích thước trung bình đạm vi khuẩn.
>> Tham khảo: Thế giới cần mục tiêu rác thải nhựa mới bằng 0% vào năm 2040.
Sau đó, họ sử dụng quy trình kéo sợi ướt để chuyển đổi protein thành các sợi có đường kính khoảng 10 micron hoặc độ dày bằng 1/10 sợi tóc người.
Làm việc với các cộng tác viên Young Shin Jun, giáo sư Khoa Năng lượng, Môi trường & Kỹ thuật Hóa học, và Sinan Keten, giáo sư Khoa Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Tây Bắc, nhóm sau đó đã phân tích cấu trúc của các sợi này để xác định các cơ chế phân tử cho phép sự kết hợp độc đáo của chúng về độ dẻo dai, sức mạnh và khả năng giảm xóc đặc biệt hoặc khả năng tiêu tán năng lượng cơ học dưới dạng nhiệt.
Ngoài quần áo sang trọng hoặc áo giáp bảo vệ (một lần nữa, sợi cứng hơn vật liệu được sử dụng trong áo chống đạn), Sargent chỉ ra rằng vật liệu này cũng có nhiều ứng dụng y sinh tiềm năng.
Bởi vì nó gần giống với protein được tìm thấy trong mô cơ, vật liệu tổng hợp này có lẽ tương thích sinh học và do đó có thể là vật liệu tuyệt vời cho chỉ khâu, kỹ thuật mô, v.v.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học tạo ra một kho lưu trữ toàn cầu cho kỹ thuật tế bào.
Nhóm nghiên cứu của Zhang không có ý định dừng lại với sợi cơ tổng hợp. Tương lai có thể sẽ có nhiều vật liệu độc đáo hơn được kích hoạt bởi chiến lược tổng hợp vi sinh vật của họ. Bowen, Cameron và Zhang đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế dựa trên nghiên cứu.
“Cái hay của hệ thống là nó thực sự là một nền tảng có thể áp dụng ở mọi nơi,” Sargent nói. “Chúng tôi có thể lấy protein từ các bối cảnh tự nhiên khác nhau, sau đó đưa chúng vào nền tảng này để trùng hợp và tạo ra các protein lớn hơn, dài hơn cho các ứng dụng vật liệu khác nhau với tính bền vững cao hơn.”
