天然蛋白质建人工肌肉 助医疗应用如重建手术

［星岛综合报道］德国一组研究人员开发了一种仅以天然蛋白质为基础的人工肌肉，这种天然蛋白质可以通过pH值和温度变化来控制。

这项研究发表在《先进智能系统》期刊。“我们的人造肌肉仍然是一个原型，”弗赖堡大学的Stefan Schiller博士说。

“然而，这种材料的高生物相容性，以及调整其成分以匹配特定组织的可能性，可能为未来在重建医学、修复术、制药或软机器人技术方面的应用铺平道路，”他补充道。

过去，科学家们已经将天然蛋白质作为开发人工肌肉系统的基础，并将其构建成微型分子机器或聚合物。然而，目前还没有可能开发出完全以生物为基础，在化学能量的帮助下自主移动的合成肌肉材料。

弗赖堡团队使用的材料基于弹性蛋白，这是一种也存在于人体中的天然纤维蛋白，它能赋予皮肤和血管弹性。根据这种蛋白质的模型，研究人员开发了两种类似弹性蛋白的蛋白质，例如，其中一种对pH值的波动作出反应，另一种对温度的变化作出反应。

科学家们通过光化学交联的方法将这两种蛋白质结合起来，形成一种双层材料。在这个过程中，可以灵活地塑造材料，并设定其移动的方向。

研究人员利用一种化学能源——亚硫酸钠(sodium sulphite)作为燃料，成功地诱导了节奏性收缩。在振荡化学反应中，由于几个反应之间的特殊联系，pH值在循环中发生变化，增加的能量通过物质的非平衡态转化为机械能量。

通过这种方式，研究人员诱导材料以周期性的方式自动收缩。在温度变化的帮助下，他们还能够调节收缩的开关。振荡的化学反应在大约摄氏 20度的温度下开始，材料开始有节奏地活动。在这个过程中，我们可以为物质设定特定的状态，然后用另一种刺激来重新设定它们。科学家们因此实现了一个简单的系统来实现在物质层面的学习和遗忘。

Schiller解释说:“由于它来自于天然的蛋白质的弹性蛋白，并由我们通过生物技术手段生产，我们的材料具有高度的可持续性，这也与技术应用有关。”

他补充说：“在未来，这种材料可以进一步开发，以应对其他刺激，如环境中的盐浓度，并消耗其他能源，如从生物质中提取的苹果酸盐。”

图片：Depositphotos

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