Ученые из Центра исследования динамики биосистем (BDR) Института RIKEN создали первый микропроцессорный клапан, работающий от живых клеток. Мышечная ткань дождевого червя обеспечивает активные сокращения, длящиеся несколько минут.
В отличие от управляемых электричеством, такие устройства не нуждаются во внешнем источнике энергии, сообщает eurekalert.org. Результаты исследования представлены в Scientific Reports.
Ученые десятилетиями пытались объединить микроэлектромеханические системы (МЭМС) с живым материалом. Био-МЭМС имеют много применений: доставка лекарств, оптические и электрические датчики, органы на чипе. Команда исследователей из RIKEN BDR и Токийского университета Денки разработали систему на основе настоящих мышц, подходящую для хирургических имплантатов. Проект показывает работоспособность концепции клапанов на чипе, приводимых в действие мускулами.
Мышечный привод запускается химическими сигналами ацетилхолина, доставляемых нейронами. Источником энергии служит аденозинтрифосфат (АТФ), присутствующий в клетках.
«Мы не только можем заставить био-МЭМС работать без внешнего питания, но и использовать для управления вещества, присутствующие в живых организмах, — сказал Йо Танака из RIKEN BDR, первый автор работы. – Свойство повышает совместимость устройства с медицинскими системами, в которых сложно или нежелательно использовать электричество».
Команда определила, что кусочек мышц дождевого червя, размером 1х3 см, при стимуляции ацетилхолином создает сокращения, мощностью около 1,5 мН, в течение 2 мин. Используя эти данные, ученые создали микрожидкостный канал и клапан на микрочипе 2х2 см. Систему можно контролировать сокращением-расслаблением мышц.
Ученые протестировали устройство под микроскопом, наблюдая свечение помеченных микрочастиц в жидкости, проходящей микроканал. При введении ацетилхолина, мышцы сокращалась. Создаваемое усилие передавалось блоку, который опускался, закрывая клапан и блокируя поток. Когда ацетилхолин вымывался, мышца расслаблялась, открывая канал.
«Доказав работоспособность концепции, мы займемся модификацией системы для практического применения, — сказал Танака. – Так, можно использовать культивируемые мышечные клетки для массового производства. Но нужно учесть возможность ослабления сокращений, в сравнении с натуральными структурами».
Источник: https://pronedra.ru/sozdan-mikroprocessornyj-klapan-na-osnove-myshcy-dozhdevogo-chervya-395566.html
