Российские исследователи при помощи лазерной печати изготовили искусственные гидрогелевые мышцы из белка альбумина и оксида графена. Получившиеся структуры способны изменять свою форму под действием электрического тока и сочетают в себе прочность и проводимость с мягкостью и гибкостью. Подобные системы окажутся полезны при создании наноэлектромеханических устройств — биороботов, небольших мышечных протезов, имплантатов, высвобождающих лекарства. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Biomimetics.
Миниатюризация стала трендом последних лет в области создания не только электронных устройств, но также и наноэлектромеханических систем, к которым относятся крошечные аналоги больших объектов или их компонентов. Наиболее перспективная область — биомедицина, например, разработка искусственных мышц. Такие изделия должны обладать свойствами, максимально приближенными к природным, а потому очевидно, что наилучшим материалом для них станут именно природные вещества.
"Бычий сывороточный альбумин получают из плазмы крови быка и обычно используют как "корм" для клеток, мы же сделали его основой для искусственных мышц. Нас вдохновила работа коллег, которые изготовили из полимеризованного белка фигурку микропаучка, начинающего двигаться при изменении химического состава окружающей среды. Мы поняли, что можно улучшить технологию, если добавить проводящие электричество материалы", — говорит аспирант Никита Некрасов, участник проекта.
Ученые из Национального исследовательского университета "МИЭТ" (Зеленоград) предложили методику лазерной печати искусственных мышц из гидрогеля на основе альбумина и оксида графена. Водную смесь исходных веществ и фотоинициатора, который вызывает межмолекулярную сшивку при воздействии света, облучали фемтосекундным импульсным лазером.
Из-за добавления оксида графена получившиеся наноразмерные проволочки оказались в полтора раза прочнее просто полимеризованного белка, а также проводили электрический ток. Благодаря альбумину такие структуры мягкие, гибкие и потенциально должны обеспечить их биосовместимость, то есть проволоки не будут вредить организму. Свойствами структур, например их жесткостью и плотностью упаковки белка, можно управлять, добавляя разное количество солей в исходную смесь или изменяя кислотность. Аналогично и с самими компонентами нанопроволочек: если добавить больше оксида графена, они будут более прочными и жесткими, а если альбумина — еще более мягкими и гибкими.
"Свойства оксида графена и альбумина дают синергический эффект: прочность и проводимость сочетаются с мягкостью и гибкостью. В дальнейшем мы планируем проверить наши материалы во взаимодействии с клеточными культурами — все же потенциально они должны стать частью биомиметических устройств, например имплантатов для регенерации тончайших микрососудов или нанороботов для доставки лекарств в больной орган", — подводит итог Иван Бобринецкий, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Научно-образовательного центра "Зондовая микроскопия и нанотехнологии".
