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新型蛋白质弥合无缝生物电子设备的化学鸿沟

导读生命始终按照自己的一套分子规则进行游戏。从最初细胞的生化反应来看,进化过程已经构筑了奇迹,例如硬骨头,粗糙的树皮和植物酶,它们收集

生命始终按照自己的一套分子规则进行游戏。从最初细胞的生化反应来看,进化过程已经构筑了奇迹,例如硬骨头,粗糙的树皮和植物酶,它们收集光来制成食物。

但是,我们用于操纵生命的工具(治疗疾病,修复受损的组织并替换失去的四肢)来自于非生命领域:金属,塑料等。尽管这些方法可以挽救生命,但我们的合成疗法却植根于不适合我们有机优雅的化学语言。植入的电极疤痕,电线过热,我们的身体在与不合适的泵,管道或阀门相抗衡。

解决方案在于弥合人​​造生物与生物学之间的鸿沟,利用生物学规则在我们身体的生物化学与设备的化学物质之间交换信息。在《科学报告》上发表的一篇论文中,华盛顿大学的工程师们揭示了肽(一种可以在我们的细胞中执行无数基本任务的小蛋白),它们可以提供这种联系。

由材料科学与工程系的华盛顿大学(UW)教授Mehmet Sarikaya领导的研究小组展示了基因工程肽如何在二维,固态表面(仅一层原子厚)上组装成纳米线。这些纳米线的组装至关重要,因为这些肽通过分子识别在生物/纳米界面上传递信息-生物化学相互作用的基本原理相同,例如抗体与其特异性抗原结合或蛋白质与DNA结合。

由于这种交流是双向的,因此肽能理解技术的“语言”,反之亦然,因此它们的方法实质上可实现连贯的生物电子界面。

萨里卡亚(Sarikaya)也是化学工程和口腔健康科学教授,他说:“弥合这种鸿沟将是构建未来基因工程生物分子固态设备的关键。”

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他在西澳大学遗传工程材料科学与工程中心的团队研究如何利用生命化学来合成具有技术上重要的物理,电子和光子特性的材料。对Sarikaya而言,生命的生化“语言”是一种逻辑上的模仿。

他说:“自然界必须不断制造材料来完成我们寻求的许多相同任务。”

UW团队希望找到具有特定化学和结构特性的基因工程肽。他们找到了一种可以与诸如金,钛,甚至骨骼和牙齿中的矿物质等物质相互作用的肽。这些都可以构成未来生物医学和光电设备的基础。他们理想的肽还应该改变合成材料的物理性质,并对这种变化做出反应。这样,它将把“信息”从合成材料传递到其他生物分子,从而弥合了生物学与技术之间的化学鸿沟。

在探索80种经过基因选择的肽的特性时,他们发现自然界中不存在但具有所有蛋白质相同的化学成分的肽,他们发现其中一种GrBP5与半金属石墨烯显示出有希望的相互作用。然后,他们测试了GrBP5与几种2D纳米材料的相互作用,Sarikaya说,“它们可以用作未来的金属或半导体”。

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