Med hjälp av en rad biologiska mekanismer, Sandia National Laboratories forskare har skapat kopplingar av polymernanorör som liknar strukturen hos en nerv, med många utskjutande filament som är redo att samla eller skicka elektriska impulser.

"Detta är den första demonstrationen av naturligt förekommande proteiner som sätter samman kemiskt skapade polymerer till komplexa strukturer som moderna maskiner inte kan duplicera, " sa Sandia National Laboratories forskare George Bachand.

Sandia medforskare Wally Paxton sa, "Detta är grundläggande vetenskap, men en möjlighet ser vi, långt på vägen, är att använda mjuka konstgjorda strukturer som dessa för att smärtfritt samverka med kroppens nervstrukturer."

För närvarande, stela elektroder som orsakar inflammation används för att penetrera nervvävnad som försöker kommunicera med en konstgjord lem, han förklarade. Istället, i en framtida ansökan, polymernätverket skulle kunna användas förlänga nerven, ger ett skonsammare protesgränssnitt.

Proteiner som Disneys förtrollade kvastar

Skapande av nervstrukturen, ouppnåeligt med normal tillverkningsteknik, börjar med att förändra beteendet hos kinesinmotorproteiner - biologiska maskiner som finns i varje mänsklig cell. Dessa små motorer transporterar normalt material från en del av en cell till en annan, bär dem på vad, inom videografik, framställs som en vertikal kropp med två ben. Dessa går längs proteinmikrotubuli som bildar cellstrukturen. Motorernas ändamålsenlighet liknar den hos de trollbundna kvastarna i Disneys Fantasia, obevekligt bära hinkar med vatten uppför slottstrappan.

Att vända naturens maskineri på huvudet, forskarna använde kända tekniker för att limma "axlarna" av kinesinmotorer på ett glassubstrat. Detta hindrar deras kroppar från att resa, men deras "ben" ovanför dem fortsätter sina kraftfulla rörelser. Dessa passerar mikrotubuli ovanför dem, som en publik som crowdsurfar underhållare på upphöjda händer.

I nästa laboratoriesteg, dessa resande proteinmikrotubuli, mikron i längd, möter relativt stora polymersfärer, tiotals mikrometer i diameter, insatt av forskarna.

"Vid det tillfället, vi har strukturer som vill arbeta – de kinesindrivna mikrotubulierna – och något de vill arbeta på – sfärerna, sa Paxton.

Mikrotubulierna, förbelagd med en klibbig substans, nypa bort polymernanorör från sfären som förlängs när kinesinmotorerna färdas vidare. Processen liknar trådiga oststrängar som förlängs när en bit pizza tas bort från en panna, sa Paxton.

När nanorören förlängs och tvärbinds, de bildar strukturer som är tillräckligt komplexa för att föra tankarna till ljuset från en stad som ses på natten från ett flygplan på hög höjd. Nätverken sträcker sig från hundratals mikrometer till tiotals millimeter i total storlek och är sammansatta av rör 30 till 50 nanometer i diameter.

"Ett mål med vårt arbete är att göra en konstgjord, mycket grenad neurala struktur, " sade Bachand. "Nästa steg är, kan vi koppla ihop dem? Svaret är, motorerna ska göra det naturligt. Och två sådana nätverk, Förenade, skulle ha självläkning inbyggd i sig. Motorerna slutar aldrig gå förrän de tar slut på bränsle. En nervgren går sönder, och sedan kan en motor agera på det området för att producera en ny gren."

Införandet av kvantprickar visade sig också vara stabilt, vilket innebär att ljus kan användas för att transportera information genom strukturen såväl som elektricitet.

En artikel publicerades i april i tidskriften Nanoskala .