биомиметика

Термин

биомиметика

Термин на английском

biomimetics

Синонимы

бионика

Аббревиатуры

Связанные термины

антитело, биоинженерия, биомиметические наноматериалы, ДНК, искусственный фотосинтез, РНК, супрамолекулярная химия, тканевая инженерия

Определение

(лат. bios – жизнь и mimesis – подражание), создание  устройств, приборов, механизмов или технологий, идея и основные элементы которых заимствуются из живой природы.

Описание

Различают следующие направления биомиметики:

1. биологическую биомиметику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах;
2. теоретическую биомиметику, которая строит математические модели этих процессов;
3. техническую биомиметику, применяющую модели теоретической биомиметики для решения инженерных задач.

Одним из первых примеров создания биомиметического материала является широко распространенная "липучка", прототипом которой стали плоды репейника, цеплявшиеся за одежду. Импульсом к развитию биомиметики в последние годы послужило развитие нанотехнологий. Размеры биологических макромолекул - нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белков (антигены, антитела, вирусные капсиды, ферменты и др.) находятся в диапазоне наношкалы. Использование биологических макромолекул в этой области обусловлено их упорядоченной биологической структурой. Двойная спираль ДНК или спирально уложенные белки вирусного капсида могут быть использованы как строительные леса, задающие определенное пространственное расположение, например, нанометаллов. Другим подходом применения упорядоченной структуры ДНК является ее использование как материала для наносистем (ДНК-конструирование). Идея создания определенным образом пространственно организованных ДНК-наноматриц пришла из работ Нэда Симана (Ned Seeman), предложившего идею ДНК-конструирования, и Пола Ротмунда (Paul Rothemund), который создал метод «ДНК-оригами» («scaffolded DNA origami», оригами - искусство складывания фигур из бумаги). Метод, предложенный Полом Ротмундом, позволяет с помощью специальной компьютерной программы рассчитать последовательность искусственно синтезированной одноцепочечной ДНК таким образом, чтобы на основе принципа комплементарности такая ДНК в специальном растворе образовывала определенную конформацию, заданную последовательностью нуклеотидов. Для того, чтобы создать из длинных программированных нитей ДНК (7000 нп*) двухмерные ДНК-структуры автор предложил использовать вспомогательные короткие нити ДНК (200 нп), которые были названы им скрепками («staples»). Для наглядной демонстрации метода автором были созданы структуры из ДНК в форме улыбающегося лица, карты Америки, снежинки, шестиугольника и др. (см., например, Рис. 2). Исследователи под руководством Нэда Симэна, не только получили двумерные и трехмерные структуры из молекул ДНК, но и "шагающего" наноробота: робот поочередно то присоединяет свои "ноги", состоящие из фрагментов ДНК, к базовой молекуле ДНК, то отсоединяет их от нее, продвигаясь таким образом вперед. Биомиметические нанотехнологии находятся сегодня в зачаточном состоянии. Многие открытия пока не могут быть воплощены в конкретные коммерческие продукты, но их развитие в будущем позволит существенно помочь при создании наномашин.

нп^* - нуклеотидные пары

Авторы

• Народицкий Борис Савельевич, д.б.н.
• Ширинский Владимир Павлович, д.б.н.
• Нестеренко Людмила Николаевна, к.б.н.

Ссылки

1. Лернер Э. Биомиметика в нанотехнологиях (пер. с англ. Свидиненко Ю.) / 2004Nanotechnology News Network URL: http://old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=33
2. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. Мировые достижения. - 2008 год: Англо-русский терминологический словарь по микро-наносистемной технике./ Сборник под ред. д.т.н., профессора П.П. Мальцева. - Москва:Техносфера,2008.-432 с.
3. Что такое биомиметика? / © 2007-2008 Аналитическое агентство Cleandex URL: http://www.cleandex.ru/articles/2008/07/07/biomimetic-1 (дата обращения 12.10.2009)
4. Биомиметика в нанотехнологиях / Nanotechnology News Network, 2004. URL: http://old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=33 (дата обращения 12.10.2009)
5. Omabegho T., Sha R., Seeman N. A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs // Science - 324(5923), 2009 - P. 67-71
6. Rothemund P.W. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns // Nature - 440(7082), 2006 - P. 297-302

Иллюстрации

Рис. 1. Две молекулы ДНК (обозначены красным и голубым) соединены с помощью "мостика" (желтым), который трансформирует B-ДНК (сверху) в Z-ДНК(снизу) в результате добавления хлорида гексааминокобальта (III) (причем процесс обратим). Новая структура послужит базой для будущих наномеханических устройств. Источник: Биомиметика в нанотехнологиях / Nanotechnology News Network, 2004. URL: http://old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=33 (дата обращения 12.10.2009)

Рис. 2. ДНК-конструирование: фото ДНК-оригами, сделанное с помощью атомно-силового микроскопа Источник: Fun with DNA / NPR, 2006 URL: http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=5281562 (дата обращения 12.10.2009)

Теги

Разделы

Биомиметические наноматериалы
Наномедицина и диагностика
Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов
Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул
Методы формирования наноматериалов
Методы нанесения элементов наноструктур и наноматериалов
Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы
Элементы или наборы элементов, контролируемо модифицированные функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров
Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)
Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства
Продукты нанотехнологий
Технология
Получение, диагностика и сертификация наноразмерных систем
Наноматериалы
Наноструктуры
Объекты, относящиеся к сфере нанотехнологий
Наука

(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)