Las células primarias comienzan a funcionar | Noticias de Mirage

microprocesador basado en la celda primaria; Se ven protocélulas gigantes individuales (rojas) unidas a ambos extremos de los filamentos de hidrogel mecánicamente activos (verde).

Un equipo de científicos internacionales liderados por la Universidad de Bristol interesados ​​en tecnologías elementales, publicó hoy una investigación que allana el camino para la construcción de nuevos dispositivos semiautónomos con aplicaciones potenciales en robots blandos en miniatura, detección de precisión y bioingeniería.

Los microactuadores son dispositivos que pueden convertir señales y energía en movimiento impulsado mecánicamente en estructuras a pequeña escala y son importantes en una amplia gama de microtecnologías avanzadas.

Por lo general, los microactuadores se basan en cambios externos en las propiedades generales, como el pH y la temperatura, para producir transformaciones mecánicas repetibles. Ahora en Nuevo estudio Publicado hoy en Nature Chemistry, Profesor Stephen Mann de la Universidad de Bristol escuela de quimica, y el Centro Max Planck Bristol de Biología Mínima Junto con sus colegas Dr. Ning Gao, Mei Li, Liangfei Tian, ​​Avinash Patel y Pavan Kumar en Centro de Investigación Bristol Protolife Demuestre un nuevo enfoque que utiliza cambios internos como catalizador para el movimiento basado en señales.

En una serie de experimentos, los investigadores fusionaron con éxito decenas de miles de entidades sintéticas similares a células (protocélulas) dentro de filamentos helicoidales de un hidrogel de polisacárido para producir pequeños resortes autónomos que se activan químicamente desde el interior.

El equipo primero cargó las células primarias con ureasa, una enzima que genera iones de carbonato cuando se complementa con urea, y luego capturó las células sintéticas en un chorro retorcido de hidrogel de alginato de calcio utilizando un dispositivo de microfluidos hecho en casa.

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Descubrieron que los filamentos helicoidales comienzan a contraerse en el agua cuando se activa la ureasa, y que la velocidad de expansión longitudinal aumenta a medida que escapan más iones de carbonato de las protoceldas al hidrogel circundante.

El acoplamiento de la actividad química intrínseca al movimiento mecánico se asoció con el desenrollamiento de los enlaces cruzados en el hidrogel debido a la eliminación de iones de calcio mediante la formación in situ de partículas de carbonato de calcio, lo que ralentizó la liberación de energía elástica en el resorte. microscópico.

Por el contrario, la recuperación de iones de calcio mediante la disolución de partículas de carbonato de calcio utilizando un segundo conjunto de células productoras de ácido primario que contienen glucosa oxidasa colocadas fuera de las suturas invirtió el proceso de desenrollado y restableció el grado helicoidal original de los resortes independientes.

Con base en estas observaciones, los investigadores utilizaron el filamento de la protocélula helicoidal como eje del motor para realizar un trabajo mecánico impulsado por la protocélula. Para esto, colocaron una protocélula ‘gigante’ en cada extremo del hidrogel enrollado y utilizaron las diminutas mancuernas como pequeños actuadores independientes (ver foto). La actividad de la ureasa en las dos primeras células gigantes fue suficiente para provocar el estiramiento lateral de las mancuernas. La movilidad se puede reducir si una de las protoceldas gigantes unidas contiene glucosa oxidasa, que sirve para restaurar el calcio perdido en el conductor de hidrogel. De esta manera, se puede programar un conjunto de diferentes patrones de locomoción mecanoquímica en los microactuadores mediante el procesamiento interno de las señales químicas.

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Profesor Stephen Mann, codirector de Centro Max Planck Bristol de Biología Mínima (MPBC) en Bristol, “Tenemos un interés desde hace mucho tiempo en las proto-tecnologías. Un desafío importante es cómo vincular las comunidades de protoceldas con su entorno para producir relaciones funcionales. El nuevo trabajo ofrece un paso en esta dirección, ya que demuestra cuán endógenas los procesos químicos pueden combinarse con su entorno activo para producir un sistema químico. “Micromecánico programable.

El Dr. Ning Gao, también de MPBC y de la Facultad de Química de la Universidad de Bristol, agregó: “Esperamos que nuestro enfoque estimule la fabricación de nuevos tipos de microestructuras adaptativas blandas que operen a través de niveles crecientes de autonomía”.

papel:

“Transporte químico mediado por microcosmos de células primarias”, por Zhao N, Li M, Tian L, Patel AJ, Kumar BPV, Sand Mann S en Nature Chemistry.

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