Forskere opdager ny proces til at efterligne liv i ikke-levende materialer

Et team af forskere ved Delft University of Technology har opdaget en ny proces, der kan hjælpe med at efterligne liv i ikke-levende materialer, såsom robotter. Den nye proces er afhængig af brændstof til at kontrollere ikke-levende materialer på samme måde som levende celler gør. 

Holdet siger, at reaktionscyklussen kan anvendes på en bred vifte af materialer. Dens hastighed kan også kontrolleres, hvilket åbner op for mange muligheder på dette nye område. Den nye udvikling kan også spille en stor rolle i fremtidens bløde robotteknologi, hvor bløde maskiner registrerer deres omgivelser og reagerer passende. 

Holdets resultater blev offentliggjort i Nature Communications. 

Efterligning af kemiske reaktioner i levende celler

Kemiker Rienk Eelkema og hans team arbejder på at efterligne de kemiske reaktioner i levende celler, som giver det brændstof, der skal til for at kontrollere cellen. Disse reaktioner driver ikke-levende materialer på samme måde, men de er begrænsede. 

"Indtil nu er der kun omkring fem typer reaktioner, der er meget brugt af forskere," siger Eelkema. "Disse reaktioner har to store ulemper: deres hastighed er svær at kontrollere, og de virker kun på et bestemt sæt molekyler." 

Sammen med Benjamin Klemm, hovedforfatter af undersøgelsen, opdagede parret en ny type reaktion, hvis hastighed effektivt kan kontrolleres. Denne reaktion virker på en bred vifte af materialer. 

"Essensen af ​​reaktionscyklussen er, at den kan skifte mellem en uladet og en ladet partikel ved at tilføje et kemisk brændstof til den," fortsætter Eelkema. "Dette giver os mulighed for at ændre materialer og dermed ændre strukturerne af disse materialer, fordi lige ladninger frastøder hinanden, og forskellige ladninger tiltrækker hinanden. Typen og mængden af ​​brændstof bestemmer reaktionshastigheden, og derfor hvor længe en ladning og dermed en given struktur eksisterer." 

En af de ting, holdet gjorde, var at bruge deres reaktionscyklus til at lade en hydrogel, hvilket resulterede i, at ladningerne frastødte hinanden, og at gelen hævede. 

Rolle i at bygge bløde robotter

Forskerne siger, at cyklussen af ​​kemiske reaktioner kan spille en rolle i at bygge bløde robotter. 

”Bløde robotter findes allerede, for eksempel mikropartikler styret eksternt gennem magnetiske eller elektriske felter. Men i sidste ende vil du gerne have, at en robot er i stand til at kontrollere sig selv: at se selv, hvor den er, og hvad der sker og derefter reagere i overensstemmelse hermed,” siger Eelkema. "Du kan programmere vores cyklus til en partikel på forhånd, så lade den være i fred, og den udfører sin funktion uafhængigt, så snart den støder på et signal om at gøre det." 

Eelkema vil nu se efter at tilføje signalbehandling til processen, som vil koble den til miljøet. 

"For eksempel kunne en polymerpartikel indeholde nogle komponenter i en sådan cyklus," siger han. "Når den støder på den sidste del af reaktionen, er cyklussen afsluttet, hvilket tjener som et signal om for eksempel at gå i opløsning eller svulme op."

Cellerne i mennesker og andre organismer er afhængige af energi for at fungere. 

"Det er også grunden til, at vi mennesker skal spise," forklarer Eelkema. "Den kobling af energi til funktion foregår gennem kemiske reaktioner og er det, der definerer levende væsener. Det gør det muligt for celler at kontrollere, hvornår og hvor strukturer dannes eller processer finder sted, lokalt og i en begrænset periode." 

På den anden side kan ikke-levende materiale fungere uden energiforsyning og eksistere for evigt. Det var først for ti år siden, at der eksisterede processer, der kunne bruge et kemisk brændstof til at drive interaktioner i ikke-levende materialer. 

"Vi introducerede det her i Delft sammen med et par andre steder, og siden er feltet eksploderet," sluttede Eelkema.