Как един мозъчен протеин създаде ново поколение броня

Учените успешно използват протеини за създаване на материал, способен да абсорбира удар от предмет, който се движи със свръхзвукова скорост, показва ново проучване. То все още предстои да бъде рецензирано, но докладва за това как материалът може да абсорбира изстрели със скорост 1,5 километра в секунда (5400 км/ч), като същевременно запазва снаряда, така че да може лесно да бъде премахнат.

Въпросният протеин се нарича талин и по-рано през годината бе установена ролята му в това как работи паметта, в нова теория, наречена MeshCODE. Сега обаче един случаен разговор между биолог и химик отключи изцяло нови възможности пред материала.

„Въпреки че е много различно от основното изследване в моята лаборатория, където изучаваме талин в теорията MeshCODE и механичната основа на паметта, това е един от любимите ми странични проекти и сътрудничества“, казва водещият автор Бен Гулт от университета в Кент в Обединеното кралство.

Когато молекулата на талина е изложена на механичен стрес, различни части в структурата на протеина се разгръщат, като ефективно разтягат молекулата му. С нарастването на напрежението всяко разгръщане предизвиква известно отслабване, намалявайки малко това напрежение, преди то да се натрупа отново и следващата част да се разгъне. Това разгъване е напълно обратимо – след като цялото напрежение се освободи, протеинът се сгъва обратно в първоначалната си форма. Ето видео, което показва сгъването и разгъването в действие.

Гулт случайно обсъжда изследванията си със своя колежка от катедрата по химия в университета в Кент, професор Джен Хискок, когато тя посочва, че това удивително свойство на талина може да има успешно приложение в абсорбирането на удари. Идеята звучи като идеалната възможност за сътрудничество.

„След тези първоначални дискусии решихме, че би било забавно да обединим усилията си в проекта Синтетична биология […] за разработване на талин като амортисьор за създаване на нови материали, изработени от този материал, които наричаме Материали на талин за абсорбиране на удари (TSAMs). Това е перфектното сътрудничество, тъй като съчетава моя опит в механобиологията на протеина с опита на Джен в областта на химията и науката за материалите“, казва Гулт. „И ние комбинирахме тези компетенции по напълно нов начин.“

Първият TSAM е произведен от тогава докторанта Джак Дулан. Големи количества от преправена молекула на протеина, която съдържа първите три от превключващите се части, бяха произведени и свързани заедно в мрежа. Крайният резултат бе гелообразен материал, наречен хидрогел.

Факултетът по астрофизика в университета в Кент е оборудван с един от най-бързите пистолети за лек газ в Европа, така че екипът използва него, за да изпробва творението си.

И това, което откриват, е напълно неочаквано.

„Когато бяха подложени на свръхзвукови изстрели със скорост 1,5 километра в секунда, нашите TSAM не само успяха да погълнат удара, но също така уловиха и запазиха снаряда, което ги прави първия докладван протеинов материал, който постига това. Това запазване на частиците е много вълнуващо за физиците, тъй като е първият материал, който те виждат, който улавя частиците непокътнати“, продължава Гулт.

Тази ударопоглъщаща способност, съчетана с факта, че материалът се самовъзстановява благодарение на обратимото сгъване/разгъване, което споменахме, означава, че TSAM могат да имат огромен потенциал за различни приложения. Екипът вече преговаря с Министерството на отбраната на Обединеното кралство и се надява скоро да започне полеви тестове с материала. Използвайки различни региони на молекулата като начало, те биха могли евентуално да разработят набор от подобни материали, всички с малко по-различни свойства.

„Освен потенциалните разработки на базирана на талин броня и в отбранителния и космическия сектор, такива ударопоглъщащи материали са силно търсени за производството на следващо поколение търговски продукти (например, за калъфи за мобилни телефони, маратонки, автомобилни брони и т.н.)“, обяснява Голт.

Историята на науката е осеяна с неволни, случайни открития, от пеницилина до микровълновите печки. Както посочва Гулт: „Може би скоро всички ще можем да носим продукти, базирани на талин – и ако това стане, то ще се дължи на една случайна среща между двама колеги в коридора на университета.“