биомиметика иначе бионика (англ. biomimetics) — (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 (ДНКРНК) и белков (антигены, антитела, вирусные капсидыферменты и др.) находятся в нанодиапазоне. 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, наноразмерных частиц металлов. 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 — японское 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 нуклеотидных пар) двумерные ДНК-структуры, автор предложил использовать вспомогательные короткие нити ДНК (200 нуклеотидных пар), 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. рис.). Исследователи под руководством Нэда Симана получили не только 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 наноустройств (см. наноэлектромеханические системы).

Иллюстрации

Фото ДНК-оригами из статьи Пола Ротмунда в журнале Nature [5], сделанное с помощью ат
Фото ДНК-оригами из статьи Пола Ротмунда в журнале Nature [5], сделанное с помощью атомно-силового микроскопа.

Авторы

  • Народицкий Борис Савельевич
  • Ширинский Владимир Павлович
  • Нестеренко Людмила Николаевна

Источники

  1. Лернер Э. Биомиметика в нанотехнологиях / Пер. с англ. Ю. Свидиненко. Nanotechnology News Network, 2004. — http://old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=33 (дата обращения: 24.07.2010).
  2. Что такое биомиметика? // Аналитическое агентство Cleandex, 2007–2008. —www.cleandex.ru/articles/2008/07/07/biomimetic-1 (дата обращения: 12.10.2009).
  3. Биомиметика в нанотехнологиях // Nanotechnology News Network, 2004. — http://old.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=33 (дата обращения: 12.10.2009).
  4. Omabegho T., Sha R., Seeman N. A bipedal DNA Brownian motor with coordinated legs // Science. 2009. V. 324, №5923. P. 67–71.
  5. Rothemund P.W. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns // Nature. 2006. V. 440, №7082. P. 297–302.

Напишите нам