Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Mierengedrag inspireert autonoom onderzoek naar materiaalassemblage

De vormveranderende polymeerlinten kunnen hun volume veranderen als gevolg van veranderingen in de omgeving, zoals temperatuur. Credit:Taylor Ware

De overlevingsstrategieën van een van de meest agressieve, territoriale en giftige mierensoorten kunnen de weg vrijmaken voor een revolutie in de robotica, de geneeskunde en de techniek.

Vuurmieren overleven overstromingen door hun poten tijdelijk met elkaar te verbinden om een ​​vlotachtige structuur te creëren, waardoor ze gezamenlijk in veiligheid kunnen drijven als een verenigde kolonie en vervolgens kunnen loslaten om hun individuele vormen te hervatten.

Geïnspireerd door dit natuurlijke proces ontdekten onderzoekers van de Texas A&M University een methode waarmee synthetische materialen de autonome assemblage, herconfiguratie en demontage van mieren kunnen nabootsen als reactie op veranderingen in de omgeving, zoals hitte, licht of oplosmiddelen.

Onderzoekers gebruikten vormveranderende polymeerlinten die zichzelf kunnen assembleren, hun volume kunnen veranderen en indien nodig kunnen demonteren door gebruik te maken van responsieve hydrogels, vloeibaar-kristallijne elastomeren of semi-kristallijne polymeren die kunnen buigen of draaien. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Materials .

Een demonstratie van de vormveranderende polymeerlinten die aggregeren en de-aggregeren als gevolg van temperatuurveranderingen. Krediet:Texas A&M Engineering

Als student raakte Dr. Taylor Ware, nu universitair hoofddocent bij de afdelingen biomedische technologie en materiaalkunde en techniek aan Texas A&M, gefascineerd door een artikel over mieren. Hij was al geïnteresseerd in materialen en onderzoek, maar zijn gevoel van verwondering werd aangewakkerd toen Ware ontdekte dat vuurmieren ingenieuze overlevingsstrategieën hanteren tijdens overstromingen.

"We hebben de neiging ons te concentreren op het nabootsen van de echt prachtige dingen in de natuur, zoals vlindervleugels. Maar het is misschien ook de moeite waard om enkele dingen na te bootsen die we niet zo interessant vinden in de natuur, die nog steeds wonderbaarlijk nuttig zijn, zoals het gedrag van vuur. mieren," zei hij. "Het is leuk om dingen na te bootsen die echt indrukwekkend zijn, ook al zijn ze niet zo geliefd. Van zulke wezens kun je veel leren."

Deze methode maakt het mogelijk om structuren te creëren en te manipuleren in uitdagende omgevingen, zoals het menselijk lichaam, zonder invasieve procedures. Door gebruik te maken van responsieve hydrogels, vloeibare kristalelastomeren of semikristallijne polymeerlinten die buigen en draaien, kan een vast biomateriaal worden gedemonteerd in een vorm die beweegt als een vloeistof voor injectie, en vervolgens weer in elkaar worden gezet zodra het op zijn plaats zit.

Krediet:Texas A&M Engineering

"We hebben al materialen die van vorm kunnen veranderen, maar we dachten dat het heel cool zou zijn als veel individuele materiaaldeeltjes zouden kunnen samenwerken om structuren te vormen zoals mieren dat doen," zei Ware.

“Je kunt in natuurdocumentaires zien dat mieren bruggen, vlotten en andere dingen vormen, maar wat ook belangrijk is, is dat ze kunnen loslaten en weer een mier kunnen worden. De omkeerbare vormverandering van de responsieve polymeren maakt soortgelijk gedrag in puur synthetische systemen mogelijk. "

De hoofdauteur van het artikel is dr. Mustafa Abdelrahman, een voormalig promovendus van Ware en nu postdoctoraal onderzoeker aan de Harvard University. Andere medewerkers zijn onder meer onderzoekers van de groep van Dr. Akhilesh Gaharwar op de afdeling biomedische technologie van Texas A&M, Dr. Carmel Majidi van de Carnegie Mellon University en Dr. Franck Vernerey van de Universiteit van Colorado in Boulder.

Toekomstige toegepaste onderzoeksprojecten omvatten het gebruik van injecteerbare biomaterialen om weefsel te helpen genezen. Toch zegt Ware dat het team fundamenteel geïnteresseerd is in het nabootsen van het gedrag van andere dierenzwermen en in het begrijpen van wat er gebeurt als de deeltjes vóór of tijdens hun verstrengeling kunnen zwemmen.

Meer informatie: Mustafa K. Abdelrahman et al, Materiaalassemblage door collectieve actie van vormveranderende polymeren, Natuurmaterialen (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01761-4. www.nature.com/articles/s41563-023-01761-4

Journaalinformatie: Natuurmaterialen

Aangeboden door Texas A&M University College of Engineering




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Definitie van menselijke biologie
  2. Van schimmels tot mode:Mushroom eco-leer beweegt zich richting de mainstream
  3. Voordelen van embryonale stamcelonderzoek
  4. Wilde vogels bezitten genetische aanleg om populatiespecifieke liedjes te leren, zo blijkt uit onderzoek
  5. Herstel van veengebieden:overstromingen zijn niet de ideale oplossing
  6. Wat is de relatie tussen een chromosoom en een allel?
  7. Sarcodina Life Cycle
  8. Onderzoekers identificeren de ziekteverwekker die de massale sterfte aan zee-egels in de Rode Zee veroorzaakt
  9. Drie manieren waarop genetische diversiteit optreedt tijdens meiose

Wetenschap