Растительная или животная клетка использует многочисленные процессы для сортировки и сборки крошечных строительных блоков в более крупные молекулы, для восстановления молекул или их растворения. Такие процессы зависят от взаимодействия между различными клеточными компонентами и заранее запрограммированы, по крайней мере, в некоторых строительных блоках. Используя частицы синтетического геля, ученые пытаются имитировать эти клеточные процессы; однако имитация сложности природных процессов представляет собой сложную задачу для ученых. Исследователи из DWI - Института интерактивных материалов имени Лейбница в Аахене и Университета Фрайбурга разработали набор из четырех различных строительных блоков микрометрового размера, которые могут самосортироваться и собираться в определенные композиции, а также разбираться нажатием кнопки. кнопка.
Набор синих, красных, зеленых и желтых кубиков Lego помогает визуализировать этот исследовательский подход. Из этих кирпичиков очень просто построить разноцветный объект, не учитывая цвета отдельных кирпичиков. Чтобы немного усложнить задачу, можно сначала отсортировать кубики по цвету, а затем построить объекты синего, красного, зеленого или желтого цвета. Такие процессы называются «несоциальными собраниями», если они движутся сами по себе. Чтобы сделать вещи еще более сложными, вы также можете построить некоторые объекты из красных и синих кирпичей, а другие из зеленых и желтых кирпичей. Эти процессы, если они выполняются одновременно, называются «социальными собраниями».
Похожую задачу решали ученые из Аахена и Фрайбурга; однако в микроскопическом масштабе с использованием мелких частиц геля вместо кирпичиков Lego. Эти так называемые микрогели представляют собой богатые водой губчатые частицы геля, которые можно химически модифицировать. «В наших экспериментах мы использовали четыре разных типа микрогелей. Микрогели могут самособираться «несоциальным» образом, оставаясь между собой, или совместно собираться «социальным» образом со вторым типом микрогелей», - объясняет д-р Александр Кюне из DWI. Он координировал этот проект вместе с Профессор, доктор Андреас Вальтер, бывший ученый, работавший в DWI, недавно перешедший во Фрайбургский университет.
Задача этого проекта заключалась в том, чтобы позволить микрогелям различать правильных и неправильных партнеров. Для этого ученые интегрировали молекулярные взаимодействия, чтобы только определенные типы микрогелей взаимодействовали друг с другом - точно так же, как ключ, который может открыть только очень конкретный замок. Однако вместо ключей и замков исследователи применили переключаемые молекулы, которые интегрируются в фрагменты циклического сахара. С помощью определенных химических условий или света исследователи могли контролировать форму молекул и их взаимодействие во время эксперимента. Таким образом, микрогели могут самосортироваться, собираться и разбираться нажатием кнопки.
«Мы используем такие эксперименты, чтобы лучше понять процессы, протекающие в естественных клетках», - говорит Александр Кюне. «Кроме того, прогресс в этой области исследований в конечном итоге поможет нам разработать биологические интерактивные материалы».