Головна Збірка новин Сруктурні зміни матеріалів та досліди вірусів
 

Пошук по сайту

От партнёров

Вивчаємо англійська мова з методичним порталом.

Замовити роботу

Замовити роботу

Это интересно

 

Сейчас 143 гостей онлайн

Сруктурні зміни матеріалів та досліди вірусів

структура колагену та вірусиНешкідливий вірус стає корисним: учені навчилися збирати з його часток, як з деталей конструктора, матеріали з новими цікавими властивостями.

 

 на малюнку Нові матеріали демонструють велику розмаїтість текстур і властивостей - зокрема, у відбитті світла.

 

 Щоб спостерігати й аналізувати властивості мікроскопічних структур, отриманих з вірусного матеріалу, що працюють у Каліфорнії вчені Син-Ук Лі й Ву-Чже Чхон використовували атомний силовий мікроскоп

Відомо, що багато властивостей матеріалів залежать від їхньої мікроскопічної структури. Досить уміло цим користується еволюція, нескінченно тасуючи ті самі вихідні блоки й створюючи з них структури й матеріали дивно різноманітних якостей.

«Надихнула нас сама природа, - говорить професор Син-Ук Лі (Seung-Wuk Lee), - Вона дивно вміло створює функціональні матеріали самих різних властивостей, комбінуючи дуже прості будівельні блоки. Ми спробували знайти спосіб повторити цей підхід, створюючи різноманітні складні структури на базі спіральних фрагментів - такі структури характерні для колагену, хітину й целюлози». У живих організмів, рослин і тварин, ці складні цукри є основою для величезної кількості біо матеріалів різних властивостей.

З хітину складається панцир комах, із целюлози - деревина, з колагену - наші сухожилля... є й більше незвичайні приклади. Так, у багатьох тварин - таких, як мавпи мандрили - шкіра на деяких ділянках тіла має виражений синій колір, що пов'язане з особливостями відбиття світла певними колагеновими структурами. Інша конфігурація структури з волокон колагену дозволяє роговиці ока бути майже зовсім прозорою. А колаген, закручений у нитці й додатково мінералізований кальцієм і фосфором, формує основу самих міцних деталей нашого тіла - костей і зубів. Основа у всіх випадках абсолютно один і той же - колаген, і вся різниця – у структурі.

За словами  професора Лі, колись у зоопарку Сан-Франциско, спостерігаючи за тими самими мандрилами, він раптово вразився тому, що в основі яскраво-синьої шкіри і твердих білих зубів – одне і те саме. Вченого потрясло те, як спосіб укладання, переплетення, згибів колагенових волокон визначає властивості матеріалу. Залишилося зрозуміти головне - як саме природа регулює формування цих різних структур - а потім, можливо, і спробувати використовувати ці знання для створення нових корисних матеріалів.

Однак досліджувати властивості самого колагену нелегко: це досить інертна молекула, маніпулювати хімічними й фізичними властивостями якої непросто. Вченим потрібна була підходяща адекватна модель, на прикладі якої можна було б зробити потрібні експерименти. Наш Історичний Журнал mestectvo.com буде стежити за розробками у цій галузі.

Такою системою став водяний розчин певних солей, що містить різні кількості звичайного вірусу, бактеріофага М13. Паразитуючи винятково на бактеріях, він абсолютно безпечний для людини. А головне - витягнуті палички його спіральних часток структурно дуже нагадують колагенові нитки.

У цей розчин учені занурювали плоску скляну пластину й на певній швидкості виймали назад, уже покриту шаром вірусних часток. Усе робилося надзвичайно обережно й повільно; зрушуючи скло на 10-100 мкм у хвилину, було потрібно до 10 годин на те, щоб вийняти скло з води цілком. Крім швидкості підйому пластини, автори також варіювали швидкість її спуску в розчин, концентрацію в ньому вірусних часток, ступінь в'язкості розчину й величину його поверхневого натягу, швидкість випару з вийнятої пластини. При різних сполученнях цих факторів удалося домогтися формування різних структур з вірусних часток - для початку, трьох.

При відносно низькому змісті вірусу - до 1,5 мг/мол - виходили впорядковані структури з повторюваних плоских смужок, покладених, як паркетна підлога, частками, орієнтованими перпендикулярно друг до друга. Уповільнення швидкості підняття скляної пластини приводило до того, що вірусні частки спершу «сліпалися» одина з одною, і лише потім, групами, приєднувалися до поверхні пластини, вибудовуючи спіральні структури. Самою складною вийшла структура при концентрації вірусних часток від 4 до 6 мг/мол: вона складалася з компонентів, що нагадують за формою барабанні палички,  і взаємодіяла зі світлом на зразок призми.

Один з авторів роботи, Ву-Чже Чхон (Woo-Jae Chung) пояснює: «Ми можемо задавати тип фінальної структури, міняючи фактори, що впливають на кінетику й термодинаміку процесу її складання з первісних блоків. Ми можемо контролювати ступінь упорядкованості, напрямок закручування спіралей, розміри повторюваних структур і дистанцію між ними».

Така робота цікава не тільки як модель процесів у живій природі, але і як перспективний метод одержання нових корисних матеріалів. Учені навіть запропонували, як їхній метод може застосовуватися в біології й медицині. Можна модифікувати самі вірусні частки, одержуючи з них білки з певними заданими властивостями, а потім вирощувати з них структури потрібних характеристик. Можна навіть провести їхню штучну мінералізацію, як це відбувається в кістковій тканині, і одержувати композитні матеріали, по властивостях близькі до емалі зубів. Все це, можливо, дасть джерело відмінних матеріалів для трансплантації хворим людям.

Варто відзначити й простоту методу: досить задати початкові параметри процесу - і всю іншу роботу виконують самі вірусні частки, не вимагаючи ні уваги, ні втручання ззовні. Цьому дивується й сам професор Син-Ук Лі: «Ми залишали процес на ніч і, приходячи до ранку, одержували трильйони вірусних часток, акуратно покладених на основу. (...) А втім, головне - те, що ми тепер трохи краще розуміємо підхід, вироблений еволюцією для формування складних структур і матеріалів».

 
додати

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить