Разработан новый тип материалов, состоящих из биологических компонентов и полимерных материалов, которые способны воспринимать и обрабатывать информацию.

Ученые из Университета Фрайбурга (University of Freiburg) разработали системы материалов, которые состоят из биологических компонентов и полимерных материалов, они способны воспринимать и обрабатывать информацию. Эти биогибридные системы были спроектированы так, чтобы выполнять определенные функции, такие как сигнальные импульсы, чтобы высвобождать биоактивные молекулы или лекарства в нужное время или обнаруживать ферменты и небольшие молекулы, такие как антибиотики в молоке.

Междисциплинарная команда представила свои результаты в некоторых ведущих журналах в этой области, включая Advanced Materials and Materials Today.

Живые системы (например, клетки и организмы) и электрические системы (например, компьютеры) реагируют на различную входящую информацию и имеют разнообразные возможности вывода. Однако основным свойством, с которым связаны эти сложные системы, является способность обрабатывать информацию. В течение последних двух десятилетий ученые применяли принципы электротехники для проектирования и построения живых клеток, которые воспринимают, обрабатывают информацию и выполняют требуемые функции. Это поле называется синтетической биологией, и оно имеет множество интересных приложений в области медицины, биотехнологии, энергетики и окружающей среды.

 

 

Биогибридные системы

Credit: Wilfried Weber

 

«Благодаря значительному прогрессу в нашем понимании компонентов и прохождения процессов биологических сигналов, мы сейчас находимся на этапе, когда можем транспортировать биологические модули из синтетической биологии в материалы», - объясняет ведущий исследователь профессор Вилфрид Вебер с биологического факультета и Центра исследований биологических сигналов BIOSS.

Критическим шагом в развитии этих систем «умных» материалов было оптимальное согласование деятельности биологических строительных блоков. Подобно компьютерам, несовместимость отдельных компонентов может привести к сбою всей системы. Ключом к преодолению этой проблемы были количественные математические модели, разработанные профессором Йенсом Тиммером и доктором Рафаэлем Энгессером с факультета математики и физики.

«Самое замечательное в этих системах с синтетическими биологическими материалами - это их универсальность», - говорит Ханна Вагнер, первый автор одного из исследований.

Концепция модульной конструкции, изложенная в этих исследованиях, дает стратегию для инженерных систем из биогибридных материалов, которые могут воспринимать и обрабатывать разнообразные физические, химические или биологические сигналы и выполнять требуемые функции, такие как усиление сигналов, хранение информации или контролируемый выпуск биоактивных молекул. Поэтому эти инновационные материалы смогут найти широкое применение в исследованиях, биотехнологии и медицине.

Источники:

1. Hannes M. Beyer, Raphael Engesser, Maximilian Hörner, Julian Koschmieder, Peter Beyer, Jens Timmer, Matias D. Zurbriggen, Wilfried Weber. Synthetic Biology Makes Polymer Materials Count. Advanced Materials, 2018; 30 (21): 1800472 DOI: 10.1002/adma.201800472

2. Hanna J. Wagner, Raphael Engesser, Kathrin Ermes, Christian Geraths, Jens Timmer, Wilfried Weber. Characterization of the synthetic biology-inspired implementation of a materials-based positive feedback loop. Data in Brief, 2018; 19: 665 DOI: 10.1016/j.dib.2018.05.074

3. Hanna J. Wagner, Raphael Engesser, Kathrin Ermes, Christian Geraths, Jens Timmer, Wilfried Weber. Synthetic biology-inspired design of signal-amplifying materials systems. Materials Today, 2018; DOI: 10.1016/j.mattod.2018.04.006

 

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта