Cơ bắp nhân tạo được cấp năng lượng từ glucose

Cơ bắp nhân tạo làm từ polymer hiện có thể được cung cấp năng lượng từ glucose và oxy, giống như cơ bắp sinh học. Tiến bộ này có thể là bước tiến trên con đường cấy ghép cơ nhân tạo hoặc microrobot tự trị được cung cấp năng lượng bởi các phân tử sinh học trong môi trường xung quanh.

Các nhà nghiên cứu ĐH Linköping (Thụy Điển) đã trình bày kết quả nghiên cứu trên Tạp chí Advanced Materials.

Chuyển động cơ bắp của chúng ta có lực do được cấp năng lượng thể hiện khi glucose và oxy tham gia vào các phản ứng sinh hóa. Tương tự, các bộ truyền động sản xuất có thể chuyển đổi năng lượng thành chuyển động, nhưng năng lượng trong trường hợp này đến từ các nguồn khác, chẳng hạn như điện.

Các nhà khoa học ĐH Linköping muốn phát triển cơ bắp nhân tạo hoạt động giống như cơ bắp sinh học. Hiện họ đã chứng minh nguyên tắc sử dụng cơ bắp nhân tạo được cấp năng lượng hoạt động bởi cùng glucose và oxy như cơ thể chúng ta sử dụng.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại polymer điện cực, polypyrrole, làm thay đổi dung lượng khi một dòng điện truyền qua. Cơ nhân tạo được xem là “bộ truyền động polymer”, gồm 3 lớp: 1 lớp màng mỏng giữa 2 lớp polymer điện động.

Thiết kế này đã được sử dụng trong lĩnh vực này trong nhiều năm. Nó hoạt động khi vật liệu ở một bên của màng thu được điện tích dương và các ion bị trục xuất, khiến nó co lại.

Đồng thời, vật liệu ở phía bên kia thu được điện tích âm và các ion được đưa vào, khiến vật liệu bị giãn nở. Sự thay đổi về dung lượng làm cho bộ truyền động bị uốn cong theo một hướng, giống như cách cơ co lại.

Các nhà khoa học đã sử dụng các enzyme tự nhiên tích hợp chúng vào polymer thay thế các electron để tạo ra chuyển động dùng năng lượng hóa học thay vì năng lượng điện.

“Các enzyme này chuyển đổi glucose và oxy, giống như trong cơ thể, để tạo ra các electron cần thiết cung cấp năng lượng cho chuyển động cơ nhân tạo từ polymer điện động.

Không cần nguồn điện áp: chỉ đơn giản đủ để nhúng bộ truyền động vào một giải pháp glucose trong nước”- Edwin Jager- giảng viên cao cấp về hệ thống cảm biến và thiết bị truyền động, thuộc Khoa Vật lý, Hóa học và Sinh học (ĐH Linköping) nói.

Giống như trong cơ bắp sinh học, glucose được chuyển đổi trực tiếp thành chuyển động trong cơ bắp nhân tạo. Jose Martinez, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: “Khi chúng tôi đã tích hợp đầy đủ các enzyme ở cả 2 phía của bộ truyền động và nó thực sự di chuyển rất tốt, điều đó thật tuyệt vời”.

TUYẾT HUỲNH (Nguồn: the journal Advanced Materials)