Un equip d'experts de la Universitat de Friburg ha aconseguit desenvolupar un múscul artificial a partir de proteïnes naturals. Les contraccions autònomes del material, En un estudi que han presentat els científics a la revista Advanced Intelligent Systems, es revela que les contraccions autònomes del material es poden controlar amb l'ajuda de canvis de pH i temperatura. Els moviments són impulsats per una reacció química que consumeix energia molecular per a aquest propòsit.
"El nostre múscul artificial és encara un prototip", assegura el principal autor de l'estudi, el professor Stefan Schiller. "Tanmateix, l'alta biocompatibilitat del material i la possibilitat d'ajustar la seva composició perquè coincideixi amb un teixit en particular, podria aplanar el camí per a futures aplicacions en medicina reconstructiva, pròtesi, farmacèutica o robòtica tova".
En el passat, els científics ja van prendre proteïnes naturals com basi per desenvolupar sistemes de músculs artificials i les van convertir en minúscules màquines moleculars o en polímers. Tanmateix, encara no ha estat possible desenvolupar materials musculars sintètics que siguin totalment de base biològica i es moguin de forma autònoma amb l'ajuda de l'energia química.
El material utilitzat per l'equip es basa en elastina, una proteïna fibrosa natural que també es troba en els humans, per exemple, donant elasticitat a la pell i els vasos sanguinis. Seguint el model d'aquesta proteïna, els investigadors van desenvolupar dues proteïnes similars a l'elastina, unes de les quals respon, per exemple, a les fluctuacions del pH, l'altra als canvis de temperatura. Els científics van combinar les dues proteïnes per mitjà d'enllaços creuats fotoquímics per formar un material bicapa. En aquest procés és possible donar forma flexible al material i establir la direcció del seu moviment.
Els investigadors van aconseguir induir les contraccions rítmiques usant una font d'energia química com a combustible, en aquest cas sulfit de sodi. En una reacció química oscil·lant en la qual el pH canvia en cicles a causa d'un enllaç especial de diverses reaccions, l'energia afegida es va convertir en energia mecànica a través d'estats de no equilibri del material. D'aquesta forma, els investigadors van induir al material a contreure's de manera autònoma i cíclica.
També van poder activar i desactivar les contraccions amb l'ajuda dels canvis de temperatura: la reacció química oscil·lant va començar a una temperatura d'al voltant de 20 graus centígrads i el material va començar a realitzar moviments rítmics. En el procés, va ser possible programar certs estats perquè el material assumís i restablir-los novament amb un altre estímul. Els científics van aconseguir així un sistema simple per implementar l'aprenentatge i l'oblit a nivell material.
"Atès que es deriva de la proteïna elastina natural i el produïm nosaltres a través de mitjans biotecnològics, el nostre material es caracteritza per una alta sostenibilitat que també és rellevant per a les aplicacions tècniques", explica Schiller. "En el futur, el material podria desenvolupar-se encara més per respondre a altres estímuls, com la concentració de sal en el medi ambient, i consumir altres fonts d'energia, com el malato derivat de la biomassa."