3D打印蛋白质机器人 | 分子马达

提升分子马达蛋白活性，以在人工设备中执行工作，一直是生物纳米技术长期追寻的主要目标。到目前为止，在肌原纤维节sarcomeres中，分级马达组件的使用，因其以纳米精度排列足够高数量的马达蛋白，实现挑战变得复杂。

今日，德国 马克斯·普朗克生物化学研究所(Max Planck Institute of Biochemistry) Petra Schwille团队Haiyang Jia，Michael Heymann等，慕尼黑大学(Ludwig-Maximilians-UniversitätMünchen) Chase P. Broedersz等，在Nature Materials上发文，报道一种基于肌动球蛋白皮质样力产生actomyosin cortex-like force production替代方法，并在可收缩网状结构中，进行低复杂性的运动排列，该网状结构，可以涂在柔软物体上，并由三磷腺苷Adenosine triphosphate，ATP局部激活。这种设计让人联想到，从外部驱动蛋白质基机器人结构的机动外骨骼。很容易支持，三维打印微模块连接和组装成更大的结构，从而扩大机械工作。同时，提供了在这些系统中，产生力的分析模型，并通过执行复杂机械任务的三维打印单元，展示了设计的灵活性，例如微手和微臂，可以在光激活后，实现抓取和挥手。

3D printed protein-based robotic structures actuated by molecular motor assemblies

由分子马达组件驱动的3D打印蛋白质机器人结构。

图1：基于蛋白质软机器人结构的关键设计概念，外骨骼由分子马达提供动力。

图2：基于柱模型系统，以量化收缩皮质在牛血清白蛋白bovine serum albumin，BSA水凝胶结构上产生力。

图3：通过切换三磷腺苷Adenosine triphosphate，ATP浓度，实现铰链式3D V单元可逆操作。

图4：通过目标仿生驱动，实现复杂3D结构的大规模转换。

该项研究，彰显了3D打印复杂的蛋白质基微型机器人的能力，该机器人，以最小肌动球蛋白外骨骼，作为其驱动系统。实现了收缩层重组生物马达组件的高效和可扩展操作，通过将化学能直接转化为机械功，实现了复杂3D微结构的大规模变形。此外，完全由生物分子以自下而上的方式设计和组装，自供电的软机器人系统，作为底盘构成了极好的起点。

未来，可能在自动化微流体下操作，用天然交联蛋白优化肌动球蛋白网络组成，以及整合其他生物或仿生模块（如肌动蛋白循环系统），可以提高速度、力量和可逆性方面的性能。

该项研究，为未来软机器人设计和编程，以实现任意形状的生物马达致动器，不再依赖于材料的膨胀和收缩。在自下而上组装类生命系统框架内，该项技术引入生命科学时，有望为各种应用开辟了新的前景，例如，定制形状的动态传感器和生物测定、用于体内生物医学任务的微型机器人和原生组织工程等。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41563-022-01258-6

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01258-6.pdf

本文译自nature。来源：今日新材料 2022-05-27

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