ساخت مواد تغییرشکل دهنده به کمک پروتئین ها
تصور کنید ربات‌ها دارای چنان انگشتان انعطاف‌پذیری باشند که بتوانند یک شیء را به همان روشی که دست انسان انجام می‌دهد حس و درک کنند. این موضوع، در واقع هدفی است که علم “روباتیک نرم” دنبال می‌کند. هرچند، مانعی اصلی در پیشبرد این زمینه وجود دارد و آن، یافتن مواد انعطاف‌پذیری است که شبیه بافت‌های انسانی عمل نموده و بتوانند برای ایجاد تغییرات برگشت‌پذیر شکل خود برنامه‌ریزی شوند. دو بیوفیزیک‌دان از دانشگاه ویسکانسین-میلواکی امریکا روشی را معرفی کرده‌اند که می‌تواند هیدروژل‌های پروتئینی را به موادی هوشمند با قابلیت “حافظه شکلی” تبدیل نماید.
هیدروژل‌های پروتئینی، موادی بیولوژیکی هستند که تقریباً کاملاً از پروتئین ساخته شده‌اند. این‌ها همان مولکول‌هایی هستند که بیشتر فعالیت‌ها را در سلول‌های ما به انجام می‌رسانند. کار با هیدروژل‌های مبتنی بر پروتئین، معمولاً نسبت به مولکول‌های همتای خود -یعنی هیدروژل‌های پلیمری- برای استفاده در مصارف پزشکی مانند تولید داربست‌های بافتی و همچنین تحویل دارو دشوارتر است. اما در واقع، آن‌ها چه در این موضوع و چه در سایر کارکردهایی که به تغییر شکل نیاز دارند، دارای پتانسیل بهتری هستند. زیرا پروتئین‌های موجود در آن‌ها قادرند به‌طور طبیعی شکل خود را تغییر دهند تا بتوانند عملکردهای بیولوژیکی را به انجام رسانند. این همان فرایندی است که به “تاخوردگی پروتئین” معروف است.
اما حالا روشی که توسط لونل پوپا و لوای خوری ارائه شده است، باعث می‌شود که برنامه‌ریزی هیدروژل‌های پروتئینی برای ایجاد شکل‌های پیچیده راحت‌تر صورت بگیرد. آن‌ها این کار را با استفاده از موادی موسوم به “پلی الکترولیت‌ها” که درواقع پلیمرهایی هستند که در آب رسانا می‌شوند انجام داده‌اند. در ادامه نیز محققان فوق توانسته‌اند ساختارهای سه‌بعدی ایجاد شده در هیدروژل‌ها را با استفاده از برخی از دناتورانت‌ها یا واسرشت‌کننده های شیمیایی، از بین ببرند.
پوپا -استادیار فیزیک دانشگاه UWM- در این خصوص می‌گوید: “این کار پژوهشی که طی مقاله‌ای در مجله Nature Communications منتشر شده است، می‌تواند منجر به استفاده گسترده‌تر از هیدروژل‌های پروتئینی، هم به‌عنوان مواد زیستی معمولی و هم به‌عنوان موادی جدید برای زمینه‌های علمی و فناورانه خاص نظیر رباتیک نرم شود.”
پروتئین‌ها در بدن ما تمام وظایف لازم برای پایدار ماندن زندگی را انجام می‌دهند، از حفظ درجه حرارت بدن گرفته تا هدایت دقیق فرایند پیچیده تبدیل مواد غذایی به انرژی. این مواد حیاتی، با فرایند موسوم به “تاخوردگی” و “بازشدن” فعال و غیرفعال می‌شوند. این فرایندها باعث می‌شوند که پروتئین‌ها، شکل‌های سه‌بعدی متفاوتی به خود گرفته که هر یک، برای انجام یک عملکرد سلولی خاص مفید هستند.
بنا بر گفته پوپا: “نکته در آن است که می‌توان فرایند تاخوردگی پروتئین را معکوس کرد. ما درواقع از این خاصیت ذاتی پروتئین‌ها استفاده می‌کنیم تا آن‌ها بتوانند چرخه‌های متعدد بازشدن و دوباره تاخوردن را پشت سر بگذارند که این موضوع، باعث ایجاد تغییرات ماکروسکوپی در شکل ماده می‌شود. فرایند تاخوردن/باز شدن مختص پروتئین‌ها است و نمی‌تواند در هیدروژل‌های پلیمری مورد استفاده قرار گیرد.”
محققان فوق پیش‌بینی می‌کنند که در آینده بتوان این پاسخ برگشت‌پذیر را با استفاده از محرک‌های دیگری مانند نمک، نور، دما یا pH در پروتئین‌ها ایجاد کرد.
