Kationen-induzierte Formprogrammierung und Morphing in proteinbasierten Hydrogelen

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Kationen-induzierte Formprogrammierung und Morphing in proteinbasierten HydrogelenIntelligente Materialien oder fortschrittliche Materialien, die sich eine vorübergehende Form einprägen und sich als Reaktion auf einen Stimulus verwandeln können, können die Medizin und Robotik revolutionieren.

In einer neuen Studie, die jetzt in Science Advances erschienen ist, stellten Luai R.

Khoury und ein Forschungsteam im Fachbereich Physik an der University of Wisconsin-Miluwaukee, USA, einen innovativen Ansatz zur Programmierung von Proteinhydrogelen und zur Induktion von Formveränderungen bei Raumtemperatur in wässrigen Lösungen vor.

Das Team demonstrierte seinen Ansatz unter Verwendung von Hydrogelen aus Serumalbumin, dem im Blutplasma am häufigsten vorkommenden Protein.

Die Wissenschaftler synthetisierten das Protein in Zylinder- oder Blütenform und programmierten die Gele in eine Feder- oder Ringform.

Sie führten die Programmierung durch, indem sie die Steifigkeit des Materials veränderten, indem sie die Adsorption von Zink- (Zn2+) oder Kupfer- (Cu2+) Kationen induzierten.

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Die programmierten Biomaterialien konnten sich wieder in ihre ursprüngliche Form zurückverwandeln, wenn die Kationen aus dem Hydrogelmaterial diffundierten.

Bei der Methode handelt es sich um eine innovative Strategie zur Programmierung proteinbasierter Hydrogele, die potenziell als Roboteraktoren fungieren können.Dynamische Biomaterialien mit Konformationsänderungen können künstliche Gewebestrukturen für die morphologische Transformation und Soft-Robotik erleichtern, um auf ihre Umgebung zu reagieren und sich zu verändern.

Die gebräuchlichsten formgebenden Materialien basieren auf Polymeren, die einen Wechsel zwischen einer steifen und einer weichen Phase erfordern.

Solche Materialien beruhen im Allgemeinen auf zwei oder mehr Netzwerkskeletten, die sich den gleichen 3-dimensionalen (3-D) Raum teilen oder eine chemische Reaktion auf kleine Ionen beibehalten.

Programmierung ist definiert als die Fähigkeit, eine temporäre Form in einem Material zu fixieren, und der Prozess erfordert eine reversible Erhöhung der Steifigkeit.

Die anfängliche Formwiederherstellung kann von einer steifen in eine weiche Phase übergehen, was typischerweise durch eine Änderung der Temperatur, des pH-Wertes oder durch Lichtschaltung realisiert wird, um die Integrität des Sekundärnetzes zu beeinträchtigen.Khoury et al.

führte zuvor eine Methode zur Bildung des Formgedächtnisses in proteinbasierten Hydrogelen ein, bei der Proteine die….

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