Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf dem Weg zum künstlichen Muskel

08.12.2015

Hierarchische Selbstorganisation supramolekularer muskelartiger Fasern

In unseren Muskeln findet eine kollektive Bewegung „biomolekularer Motoren“ statt, um die makroskopische Bewegung zu erzeugen. Diesen Vorgang nachzuahmen, ist schon lange ein Ziel für Wissenschaft und Technik.


Elektronenmikroskopische Aufnahmen von supramolekularen muskelartigen Fasern im kontrahierten und im gedehnten Zustand.

(c) Wiley-VCH

Französische Wissenschaftler sind diese Ziel nun ein gutes Stück näher gekommen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen sie einen Ansatz für einen künstlichen Muskel vor, der auf einer hierarchischen Selbstorganisation supramolekularer muskelartiger Fasern basiert. Auf diese Weise konnten sie eine molekulare Bewegung bis auf die mikroskopische Skala verstärken.

Unser Muskelgewebe ist hierarchisch aufgebaut: Die kleinste funktionelle Einheit der Muskelfasern sind sogenannte Sarkomere. Diese sind aus dem Aktin-Filament und dem Myosin-Filament zusammengesetzt.

Das Myosin ist ähnlich gebaut wie ein Bündel winziger Golfschläger, deren „Köpfe“ in die dünneren Aktin-Filamente hineinragen. Eine koordinierte Bewegung Tausender dieser Köpfchen sorgt dafür, dass die Myosin-Fasern entlang der Aktin-Filamente gleiten – das Sarkomer kontrahiert. Eine Vielzahl solcher Sarkomer-Einheiten ist longitudinal zu Myofibrillen verbunden, die wiederum lateral zu Fasern gebündelt vorliegen.

Das Team von der Universität Straßburg und der Universität Paris Diderot um Nicolas Giuseppone hat dieses Bauprinzip jetzt nachgeahmt. Als Baueinheiten dienen Rotaxane, bewegliche Molekülsysteme aus einem stabförmigen Molekül, auf das ein großer molekularer Ring „aufgefädelt“ ist. Aus Rotaxanen lassen sich Dimere bilden, wenn ein Ring fest an ein Ende des Stabes gebunden ist.

Innerhalb des Dimers ist dann jeweils der Ring des einen Moleküls auf den Stab des anderen aufgefädelt. Solche Systeme wurden bereits als Basis für molekulare Schalter verwendet, denn durch eine Verschiebung der Ringe gegeneinander auf den Achsen sind sie zu teleskopartigen Kontraktionen und Extensionen in der Lage.

Die Forscher konstruierten ihre Rotaxan-Dimere so, dass es für die Ringe jeweils zwei „Einrastpositionen“ auf den Achsen gibt, in denen sie über Anziehungskräfte zu bestimmten Atomgruppen der Achse fixiert werden können. Durch einen Wechsel zwischen saurem und basischem Milieu kann kontrolliert zwischen den beiden Positionen hin und her geschaltet – und damit die Länge des Dimers variiert werden.

Erstmals gelang es den Wissenschaftlern nun, Tausende dieser Dimere zu einigen Mikrometer langen supramolekularen Fasern zu verknüpfen. Dazu verwendeten sie Verbindungsstücke, die jeweils an spezielle Bindestellen an den Enden der Dimere haften – über mehrfache Wasserstoff-Brückenbindungen analog der Basenpaarung in der DNA-Doppelhelix.

Die Verbindungsstücke ziehen sich zudem untereinander an (über π–π Stapelung und van der Waals-Kräfte) und sorgen so dafür, dass die einzelnen Fasern zu 10 bis 20 nm dicken Faserbündeln aggregieren. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass sich diese im kontrahierten Zustand wie ein angespannter Muskel verdicken und im gedehnten Zustand eine längliche Form einnehmen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 48/2015

Autor: Nicolas Giuseppone, Université de Strasbourg (France), http://www-ics.u-strasbg.fr/spip.php?article206

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201509813

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscherteam der Universität Bremen untersucht Korallenbleiche
24.04.2017 | Universität Bremen

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung