Potrebbero essere possibili dispositivi medici alimentati da proteine ​​sintetiche create da sequenze ripetute di proteine, secondo gli esperti di scienza dei materiali e biotecnologia, che ha esaminato il materiale ispirato alle proteine ​​dei denti degli anelli di calamaro.

"La domanda che avevamo era se potessimo realizzare dispositivi medici flessibili e autorigeneranti per lavorare sui protoni come fanno i sistemi biologici, " ha detto Melik Demirel, Pierce Development Professor e professore di scienze ingegneristiche e meccaniche. "La natura sa trasferire i protoni, per esempio nel caricare l'energia biologica nota come ATP (adenosina trifosfato)."

Attualmente, il trasferimento di protoni è parte integrante delle celle a combustibile, ma queste cellule usano membrane a trasferimento ionico come Nafion, realizzati con polimeri non biocompatibili. La visione futura è quella di avere dispositivi medici impiantabili che potrebbero funzionare senza batterie, usando la conduzione protonica, ma per farlo, i conduttori protonici devono essere biocompatibili.

I polimeri prodotti da proteine ​​ispirate ai denti degli anelli dei calamari non sono solo biocompatibili, sono anche auto-guarigione, flessibile ed estensibile. Poiché sono prodotti in modo biosintetico scegliendo le sequenze di DNA, la produzione di queste proteine ​​può essere programmata per avere conduttività e flessibilità variabili. Finché un materiale contiene il 60 percento, tipico all'interno del corpo, o più acqua, può verificarsi la conduzione di protoni.

Sfortunatamente, i conduttori protonici a base di proteine ​​non sono potenti o efficienti come i conduttori polimerici, quindi i ricercatori stavano cercando un modo per ottimizzare la conduttività protonica del materiale. Riportano online i risultati del loro lavoro in Chimica dei materiali .

Proteine ​​dei denti dell'anello di calamaro, costituito da amminoacidi, contengono molte ripetizioni in tandem nella loro composizione molecolare. Le ripetizioni in tandem sono solitamente brevi serie di molecole disposte per ripetersi un numero qualsiasi di volte. I ricercatori hanno creato proteine ​​ispirate ai calamari con 4, 7, 11 e 25 ripetizioni. Hanno quindi creato film da questi materiali.

I ricercatori hanno scoperto che aumentando il numero di ripetizioni in tandem aumentava la conduttività protonica delle proteine. Hanno provato diverse combinazioni di amminoacidi e hanno scoperto che la sostituzione delle sequenze di istidina con l'alanina, un altro amminoacido, nella proteina riduceva la conduttività protonica, il che spiegava perché la seta, una proteina ripetuta in tandem simile, non fosse un buon conduttore di protoni.

Guardando le proteine ​​sintetiche ispirate ai denti dei calamari, i ricercatori si sono resi conto che di solito sono composti da una sezione amorfa e una sezione cristallina. Hanno scoperto che lo stiramento del polimero aumentava la conduttività nella direzione dello stiramento, ma non in direzione perpendicolare, e che lo stretching ha riallineato i segmenti cristallini per condurre meglio.

I conduttori di protoni biologici esistono in natura, compresa la seta, cheratina, collagene, melanina e albumina di siero bovino; però, il materiale sintetico ispirato ai denti di calamaro ha condotto molto meglio di qualsiasi altra proteina naturale.

"Il nostro obiettivo è comprendere le regole di progettazione dei conduttori di protoni biologici in modo da poter creare una proteina sintetica che sia buona quanto un conduttore di protoni non biocompatibile, " disse Demirel. "Allora, possiamo fare un'auto-guarigione, pacemaker flessibile da questo tipo di dispositivo? Possiamo realizzare dispositivi bioelettronici protonici?"