Kunstspieren van uicellen: een gouden recept
Het bolgewas dat menige kok aan het huilen brengt en bekend is om zijn sterke epidermis, zou binnenkort wel eens kunnen fungeren als kunstspier en ons helpen om zware lasten te tillen. Die onverwachte toepassing komt voort uit een onderzoek dat is uitgevoerd aan de nationale universiteit van Taiwan en dat op zijn minst origineel te noemen is.
Thaise wetenschappers ontdekten immers dat de celstructuur van de ui, waarin de cellen boven op elkaar liggen, kenmerken heeft die nauw aanleunen bij het doel van hun onderzoek: een kunstspier ontwikkelen die zich zowel kan buigen, strekken, samentrekken als verlengen onder invloed van een uitwendige stimulus. Ze besloten om de fysische eigenschappen van deze groente aan te wenden en ze zijn erin geslaagd om een kunstgewricht te vervaardigen met uischillen en goud.
Om dat te bereiken lyofiliseerden de onderzoekers de uischillen om alle vocht eruit te verwijderen en dompelden ze daarna onder in zwavelzuur om het hemicellulose te verwijderen, een eiwit dat de celwanden stijf maakt. Die meer elastische uienschil werd vervolgens tussen twee lagen goudpartikels geschoven die aan elkaar waren verbonden met kleine elektroden.
Daarna stuurden Wan-Pin Shih, de hoofdonderzoeker van het experiment, en zijn medewerkers een elektrische stroom met een lage spanning door het geheel. Door de inwerking van die stimulus vertoonden de membranen van uicellen plooiing en uitrekking, waarna ze hun oorspronkelijke vorm weer aannamen, net zoals een menselijke spier. Bij een sterkere stroomspanning trok het membraan zich samen in plaats van te ontspannen. Door de intensiteit van de elektrische stroom en de positie van de elektroden aan te passen, slaagden de onderzoekers er bovendien in om de bewegingen van de kunstspier te controleren.
"We hebben met opzet elektroden van verschillende dikten gebruikt, zodat de stijfheid van de cel bovenaan niet hetzelfde is als onderaan", legt Wan-Pin Shih uit. "Door die asymmetrie kunnen we de spier controleren. Bij een lage spanning kromt ze zich naar onderen, en bij een hogere spanning naar boven."
De techniek blijft weliswaar zeer experimenteel, maar het prototype werkt wel degelijk, zoals de bedenkers wilden aantonen. In een verbazingwekkende video is te zien hoe twee fragmenten van die kunstspieren op basis van uicellen en samengebonden als een pincet, een pluisje van slechts 0,1 milligram kunnen optillen.
Dat is ongezien. Er zijn weliswaar al kunstspieren, maar die bestaan uit menselijke cellen die in leven moeten worden gehouden. Cellen van groenten hebben dat probleem niet.
De volgende uitdaging bestaat erin om de kracht van het hulpmiddel te verhogen, zodat het zwaardere objecten kan tillen, en ervoor te zorgen dat het zich net zoals menselijke spieren tegelijkertijd kan uitzetten en samentrekken.