Un assemblage semblable à un nerf créé par des nanomoteurs protéiques agissant sur des filaments de polymère aux laboratoires nationaux Sandia. Crédit :Laboratoires nationaux Sandia
En utilisant une succession de mécanismes biologiques, Des chercheurs du Sandia National Laboratories ont créé des liaisons de nanotubes polymères qui ressemblent à la structure d'un nerf, avec de nombreux filaments de poussée prêts à rassembler ou à envoyer des impulsions électriques.
"Il s'agit de la première démonstration de protéines naturelles assemblant des polymères créés chimiquement dans des structures complexes que les machines modernes ne peuvent pas reproduire, " a déclaré George Bachand, chercheur au Sandia National Laboratories.
Le co-chercheur de Sandia, Wally Paxton, a déclaré :"C'est la science fondamentale, mais une possibilité que nous voyons, en bas de la route, est d'utiliser des structures artificielles douces comme celles-ci pour s'interfacer sans douleur avec les structures nerveuses du corps."
Actuellement, des électrodes rigides qui provoquent une inflammation sont utilisées pour pénétrer le tissu nerveux en essayant de communiquer avec un membre artificiel, il expliqua. Au lieu, dans une future application, le réseau polymère pourrait être utilisé pour étendre le nerf, fournissant une interface prothétique plus douce.
Des protéines comme les balais enchantés de Disney
Création de la structure neuronale, irréalisable par les techniques de fabrication normales, commence par modifier le comportement des protéines motrices de la kinésine, des machines biologiques présentes dans chaque cellule humaine. Ces petits moteurs transportent normalement du matériel d'une partie d'une cellule à une autre, les porter sur quoi, en graphisme vidéo, est représenté comme un corps vertical avec deux jambes. Ceux-ci marchent le long des microtubules protéiques qui forment la structure cellulaire. L'utilité des moteurs ressemble à celle des balais envoûtés de Disney's Fantasia, porter sans relâche des seaux d'eau dans les escaliers du château.
Renversant les machines de la nature, les chercheurs ont utilisé des techniques connues pour coller les « épaules » des moteurs à kinésine sur un substrat de verre. Cela empêche leur corps de voyager, mais leurs « jambes » au-dessus d'eux continuent leurs mouvements vigoureux. Ceux-ci passent des microtubules au-dessus d'eux, comme un public surfant sur des artistes les mains levées.
Les chercheurs de Sandia National Laboratories George Bachand et Wally Paxton devant un microscope confocal éclairant les premières machines biomoléculaires pour assembler des structures polymères complexes. Crédit :Randy Montoya
Dans l'étape suivante du laboratoire, ces microtubules protéiques itinérants, microns de longueur, rencontrer des sphères de polymère relativement grandes, dizaines de microns de diamètre, inséré par les chercheurs.
"À ce moment, nous avons des structures qui veulent travailler - les microtubules alimentés par la kinésine - et quelque chose sur lequel ils veulent travailler - les sphères, " a déclaré Paxton.
Les microtubules, pré-enduit d'une substance collante, pincez les nanotubes de polymère de la sphère qui s'allongent au fur et à mesure que les moteurs à kinésine se déplacent. Le processus ressemble à des brins filandreux de fromage qui s'allongent lorsqu'un morceau de pizza est retiré d'une casserole, dit Paxton.
Au fur et à mesure que les nanotubes s'allongent et se réticulent, ils forment des structures suffisamment complexes pour évoquer les lumières d'une ville vue la nuit depuis un avion à haute altitude. Les réseaux vont de centaines de micromètres à plusieurs dizaines de millimètres de taille totale et sont composés de tubes de 30 à 50 nanomètres de diamètre.
Dans ces images de microscopie fluorescente, l'image rouge, la gauche, montre uniquement des nanotubes de polymère tandis que l'image verte montre également des microtubules de protéines. Parce que les microsphères de polymère absorbent plus de colorant fluorescent que les nanotubes, les sphères sont plus lumineuses. Chaque « nœud » central des réseaux a un diamètre d'environ 20 microns, et certains des tubes sont plus longs que 100 microns. Crédit :Laboratoires nationaux Sandia
"L'un des objectifs de notre travail est de faire un artificiel, structure neuronale très ramifiée, " dit Bachand. " La prochaine étape est, pouvons-nous les câbler ensemble? La réponse est, les moteurs devraient le faire naturellement. Et deux de ces réseaux, réunis, aurait l'auto-guérison intégré en eux. Les moteurs ne s'arrêtent jamais tant qu'ils n'ont plus de carburant. Une branche neurale se brise, et ensuite un moteur peut agir sur cette zone pour produire une nouvelle branche."
L'insertion de points quantiques s'est également avérée stable, ce qui signifie que la lumière pourrait être utilisée pour transporter des informations à travers la structure ainsi que de l'électricité.
Un article a été publié en avril dans la revue Nanoéchelle .
