Ученые Фрайбургского университета разработали системы материалов, которые состоят из биологических компонентов и полимерных материалов и способны воспринимать и обрабатывать информацию. Эти биогибридные системы были спроектированы для выполнения определенных функций, таких как подсчет импульсов сигнала для высвобождения биологически активных молекул или лекарств в нужное время, или для обнаружения ферментов и малых молекул, таких как антибиотики, в молоке. Междисциплинарная группа представила свои результаты в некоторых ведущих журналах в этой области, включая Advanced Materials и Materials Today.
Живые системы (такие как клетки и организмы) и электрические системы (такие как компьютеры) реагируют на разную входную информацию и имеют разные выходные возможности. Однако основное свойство этих сложных систем - способность обрабатывать информацию. За последние два десятилетия ученые применили принципы электротехники для проектирования и создания живых клеток, которые воспринимают и обрабатывают информацию и выполняют нужные функции. Эта область называется синтетической биологией, и она имеет много интересных применений в медицине, биотехнологии, энергетике и охране окружающей среды.
«Благодаря значительному прогрессу в нашем понимании компонентов и проводки биологических сигнальных процессов мы сейчас находимся на этапе, когда мы можем переносить биологические модули из синтетической биологии в материалы», - объясняет ведущий исследователь профессор Вильфрид Вебер из факультет биологии и Центр исследований биологических сигналов BIOSS. Важным шагом в разработке этих систем интеллектуальных материалов было оптимальное согласование активности биологических строительных блоков. Как и в случае с компьютерами, несовместимость отдельных компонентов может привести к сбою всей системы. Ключом к решению этой проблемы стали количественные математические модели, разработанные профессором Йенсом Тиммером и доктором Рафаэлем Энгессером с факультета математики и физики.
«Преимуществом этих систем материалов, вдохновленных синтетической биологией, является их универсальность», - говорит Ханна Вагнер, первый автор одного из исследований и докторант Высшей школы биологии и медицины имени Шпемана (SGBM).. Концепция модульной конструкции, предложенная в этих исследованиях, представляет собой план инженерных систем биогибридных материалов, которые могут воспринимать и обрабатывать различные физические, химические или биологические сигналы и выполнять желаемые функции, такие как усиление сигналов, хранение информации или контролируемое высвобождение. биоактивных молекул. Таким образом, эти инновационные материалы могут найти широкое применение в исследованиях, биотехнологиях и медицине.