ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΤΥ- 391

Transcript

1 ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΤΥ- 391 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΥΛΗΣ ΑΝΝΑ ΜΗΤΡΑΚΗ

2 ΓΙΑΤΙ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ? Γλυπτό της Louise Bourgeois, μουσείο Guggenheim, Bilbao, Ισπανία

3 391. ΥΛΙΚΑ ΙV: Επιστήμη Φυσικών Βιοϋλικών Υ Ώρες: 3-0-0, ΔΜ: 3 Προαπαιτούμενα: 122 (ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ) 5ου Εξαμήνου, Διδάσκων: Αννα Μητρακη Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει την μελέτη υλικών βιολογικής προέλευσης, της δομής και αρχιτεκτονικής τους σε μοριακό επίπεδο, των μηχανισμών αυτό-οργάνωσης και των ιδιοτήτων τους ως υλικών. Οι μαθησιακοί στόχοι είναι οι εξής: 1) εξοικείωση των φοιτητών με τα υλικά βιολογικής προέλευσης 2) εμπέδωση των δομικών μηχανισμών που χρησιμοποιούνται από την φύση για την δημιουργία υλικών με καθορισμένες ιδιότητες 3) χρησιμοποίηση των γνώσεων αυτών για τον σχεδιασμό βιομιμητικών υλικών 4) προετοιμασία των φοιτητών για την διδασκαλία του μαθήματος των συνθετικών βιοϋλικών και των εφαρμογών τους (μάθημα 491)

4 Η φύση σαν πηγή έμπνευσης για τον σχεδιασμό καινοτόμων υλικών: το παραδειγμα του VELCRO Xanthium Strumarium: Ξάνθιον, κν. Κολλητσίδα

5 VELCRO VELours = βελούδο CROchet = τσιγγέλι hook-and-loop fastener Πρώτη παρατήρηση: 1948 Πρώτη πατέντα: 1955

6 VELCRO : Μία από τις 50 σημαντικώτερες εφευρέσεις του 20 ου αιώνα

7 Η φύση σαν πηγή έμπνευσης για τον σχεδιασμό καινοτόμων υλικών: το παραδειγμα του gecko Ποια είναι η φύση των δυνάμεων που επιτρέπουν Την προσκόλληση σε κάθε είδους επιφάνεια, ακόμα Και κάθετα?

8 -Κάθε δάχτυλο αποτελείται από περίπου 2 εκατομμύρια setae -Τα setae έχουν στις απολήξεις τους εκατοντάδες χιλιάδες spatulae -H προσκόλληση στις επιφάνειες γίνεται με δυνάμεις van der Vaals -αποτέλεσμα: το άθροισμα εκατομμυρίων μικρών δυνάμεων (περίπου 100 nn) δημιουργεί Δύναμη της τάξεως του 10 Ν/ cm 2 setae spatulae

9 1 cm 2 υλικού από ινες πολυιμιδίου που μιμούνται την κατασκευή των ποδιών του gecko Scale bar=2 μ Geim et al. Nature Materials 2003, 2:

10 Ιδιότητες του υλικού: ο spiderman έχει επικαλυμμένο το χέρι του Με gecko tape. Ζυγίζει 40 γραμμάρια και κρέμεται από το οριζόντιο γυαλί. Geim et al. Nature Materials 2003, 2:

11 Dr. Stanislav Gorb lab

12 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων -περιβληματα αυγων εντομων -Ξυλο

13 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων

14 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑΣ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΕΙΤΑΙ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ -ινώδης πρωτεϊνη -σχηματίζει αδιάλυτες ίνες με μεγάλη αντοχή στον εφελκυσμό -η πιο άφθονη πρωτεϊνη των θηλαστικών, αποτελεί το ¼ της συνολικής πρωτείνης του οργανισμού -βασικό συστατικό: -δέρματος -Οστών -τενόντων -χόνδρων -αγγείων -δοντιών

15 Γίνεται ανάλυση της μοριακής δομής των βιοϋλικων Για την εμπέδωση των βιολογικών δομών Γίνεται χρήση διαδικτυακών βοηθημάτων, πχ Δομή του κολλαγόνου: τριπλή έλικα (υπερελικωμένο καλώδιο μήκους 3000 Å )

16 Διαδικτυακά βοηθήματα Για την κατανόηση των βιολογικών δομών Proteopedia: Biotopics-molecules displayed in 3D Molecules in motion Molviz

17 Γίνεται ανάλυση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών και συσχέτιση τους με την μοριακή δομή Πλεονεκτήματα πού προσφέρει η J-shaped καμπύλη: 1) Αποφυγή σχηματισμού ανευρυσμάτων 2) Λιγώτερη ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί στο σημείο θραύσης του υλικού μείωση της πιθανότητας διάδοσης σχισμών 3) Το υλικό επιμηκύνεται λιγώτερο στις μεγάλες τάσεις Χαρακτηριστική καμπύλη τάσης/παραμόρφωσης Κολλαγόνου (J-shaped)

18 Με βάση την δομή και τις μηχανικές ιδιότητες, εξηγούνται εφαρμογές και χρήσεις (πχ βιοιατρικες εφαρμογές, χρησιμοποίηση από τους Ρωμαίους στους καταπέλτες) Συνεπώς: υλικά τύπου κολλαγόνου: 1) έχουν ανθεκτικότερη συμπεριφορά σε μεγάλες τάσεις 2) είναι κατάλληλα για αποθήκευση και αποτελεσματική απόδοση ενέργειας

19 ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥ ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΕΛΑΣΤΙΝΗ -εξαιρετικά ελαστική πρωτεϊνη -σημαντικό συστατικό: -τοιχωμάτων αιμοφόρων αγγείων -αορτικού τόξου (καρδιά) -συνδέσμου του αυχένα των ζώων Χημική σύσταση: επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες PGVGV

20 ΚΕΡΑΤΙΝΕΣ (ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΙΝΙΔΙΑ) ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ: - ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΥ - ΜΑΛΛΙΩΝ, ΝΥΧΙΩΝ, ΟΠΛΩΝ (ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ) - ΦΤΕΡΩΝ (ΠΤΗΝΑ) - ΔΕΡΜΑΤΟΣ ΕΡΠΕΤΩΝ

21 Κερατίνες: ανήκουν στην οικογένεια των ενδιάμεσων ινιδίων Ινώδες συστατικό των μαλλιών, νυχιών, κεράτων Στα θηλαστικά Διατομή ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: Ίνες κερατίνης μέσα σε μήτρα από μη ινώδεις πρωτείνες Και λιπίδια

22 Οι κερατίνες των πτηνών και ερπετών Έχουν δομή βητα- πτυχωτών φύλλων, π.χ, Φτερά πτηνών, ποδαράκια του gecko

24 Συνθετικες ινες (Kevlar) poly(p-phenylene terepthalamide) (Stephanie Kwolek, DuPont) Η ισχυροτερη συνθετικη ινα Πλεονεκτηματα > εξαιρετικη αντοχη και απορροφηση κρουσεων, ανθεκτικο στην καυση, μικρη πυκνοτητα (1.45) Μειονεκτηματα > παραγωγη από ατμιζον θειικο οξυ, πολύ υψηλο κοστος

25 XAPAΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ - Διαδικασιες κατασκευης φιλικες προς το περιβαλλον - Ιεραρχημενη αρχιτεκτονικη δομων - Αυτο- οργανωση (self-assembly) - Οργανωση ανοργανων φασεων (κρυσταλλοι) από τις οργανικες (πρωτεινες)

26 Βιοσυνθεση του μεταξιου (πρωτεινη) -δυο κυριες πρωτεινες > φιβροινη+σερισινη Κατά την διαρκεια του περασματος από τον αδενα του μεταξοσκωληκα, οι πολυπεπτιδικες αλυσιδες περνουν από αμορφη δομη σε δομη β-πτυχωτων φυλλων (με συγχρονη αποβολη νερου και προσθηκη ιοντων ασβεστιου) «τηγμα» «στερεο» Κατευθυνση της ινας

27 Ιστοί αραχνών (πρωτεϊνη) Ιδιότητες: 5 φορές πιο ισχυρή από μια ίνα ατσαλιού της ίδιας διαμέτρου Μπορεί να επιμηκυνθεί κατά πέντε φορές χωρίς να σπάσει Ανθεκτικό ακόμα και στους -40 C

28 Οι ιστοί των αραχνών έχουν χρησιμοποιηθεί από την αρχαιότητα σε ιατρικές εφαρμογές, κυρίως για επούλωση πληγών (αναφορές: Πλίνιος, Γαληνός )

29 DuPont Magazine, 1996

30 Μια μεγάλη πρόκληση: πως μπορούμε να παράγουμε τέτοιου είδους βιουλικά σε μεγάλες ποσότητες? Ύφασμα διαστάσεων 3,5 x 1,5 μέτρων, American Museum of Natural History, New York City, 2009 Simon Peers & Nicholas Goldey

31 Ύφασμα διαστάσεων 3,5 x 1,5 μέτρων, φτιαγμένο από ιστούς αραχνών American Museum of Natural History, New York City Για την κατασκευή του: -70 εργάτες μάζευαν επί 4 χρόνια αράχνες από τηλεφωνικούς στύλους στην Μαδαγασκάρη -12 επιπλέον εργάτες απασχολήθηκαν για να συλλέξουν περίπου 25 μέτρα νήμα από κάθε αράχνη

32 2014: novel Spidersilk Fibers: Biosteel Ίνες Biosteel

33

34 Εφαρμογές και προϊόντα Επούλωση πληγών προστατευτικό βιοσυμβατό περίβλημα για σιλικόνες προσθετικής στήθους Καλλυντικά

35 Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 1 σ max= Αντοχη (strength) σ=f/a ταση (stress) ε=δl/l 0 παραμορφωση (strain) ε max= εκτατικοτητα (extensibility)

36 Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 2 Επιφανεια κατω από Την καμπυλη= Απαιτουμενη Ενεργεια Για την θραυση Του υλικου μετρο της Ανθεκτικοτητας Του υλικου (toughness) Αρχικη κλιση της καμπυλης= Μετρο ελαστικοτητας του Young (Young s modulus) Μοναδες=Pa (N/m 2 ) Μετρο της δυσκαμψιας του υλικου (stiffness)

37 Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 3 Επιφανεια που περικλειεται αναμεσα στις δυο καμπυλες = ενεργεια που μετατρεπεται σε θερμοτητα Ο λογος αυτης της ενεργειας/ απορροφηθεισα ενεργεια (επιφάνεια κάτω από την μαύρη καμπύλη) δινει το μετρο υστερησης (hysteresis)

38 Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 3 Επιφανεια που περικλειεται αναμεσα στις δυο καμπυλες = ενεργεια που μετατρεπεται σε θερμοτητα Ο λογος της ενεργειας που αποδίδεται (επιφανεια κατω από την κόκκινη καμπύλη) / απορροφηθεισα ενεργεια (επιφάνεια κάτω από την μαύρη καμπύλη) δινει το μετρο της resilience Resilience = ικανοτητα ανακτησης του αρχικου σχηματος

39 Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Ελαστίνη Ρεζιλίνη Κολλαγόνο 1.2 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 0.87 Ινα μυδιών (γειτονική) Ιστός αράχνης (dragline) 10 Ιστός αράχνης (viscid) Kevlar 130 Ατσάλι υψηλής αντοχής 200

40 Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο αντοχή, σ max (GPa) Ελαστίνη Ρεζιλίνη Κολλαγόνο 0.12 Ινα μυδιών (περιφερειακή) Ινα μυδιών (γειτονική) Ιστός αράχνης (dragline) 1.1 Ιστός αράχνης (viscid) 0.5 Kevlar 3.6 Ατσάλι υψηλής αντοχής 1.5

41 Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο εκτατικότητα, ε max Ελαστίνη 1.5 Ρεζιλίνη 1.9 Κολλαγόνο 0.13 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 1.09 Ινα μυδιών (γειτονική) 2 Ιστός αράχνης (dragline) 0.3 Ιστός αράχνης (viscid) 2.7 Kevlar Ατσάλι υψηλής αντοχής 0.008

42 Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο ανθεκτικότητα (MJ/m 3 ) Ελαστίνη 1.6 Ρεζιλίνη 4 Κολλαγόνο 6 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 45 Ινα μυδιών (γειτονική) 35 Ιστός αράχνης (dragline) 160 Ιστός αράχνης (viscid) 150 Kevlar 50 Ατσάλι υψηλής αντοχής 6

43 Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο resilience (%) Ελαστίνη 90 Ρεζιλίνη 92 Κολλαγόνο 90 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 28 Ινα μυδιών (γειτονική) 53 Ιστός αράχνης (dragline) 35 Ιστός αράχνης (viscid) 35 Kevlar Ατσάλι υψηλής αντοχής

44 Τα «βιολογικά ελαστικά» biological rubbers Ελαστίνη θηλαστικών Resilin (τένοντες ακρίδων, ψειρών) Abductin (αρμός μυδιών)

45 Τα εντομα προσφερουν εμπνευση για το «καλυτερο λαστιχο του κοσμου»

46 Τα εντομα προσφερουν εμπνευση για το «καλυτερο λαστιχο του κοσμου» Φυσική ρεζιλίνη: επαναληπτικές ακολουθίες GGRPSDSYGAPGGGN

47 Ρεζιλίνη πού εχει παραχθεί μέσα σε βακτηρίδια με τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA Έχει ιδιότητες ανάλογες με τη φυσική.. και Resilience: 97%

48 ΙΝΕΣ ΜΕ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗ ΕΛΑΣΤΟΜΕΡΕΙΑΣ (ELASTOMERIC GRADIENTS) KAI ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOLOGICAL ADHESIVES) ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ

49 ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ ΠΟΙΕΣ ΘΑ ΗΤΑΝ ΟΙ ΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΥΤΩΝ ΤΩΝ ΙΝΩΝ?

50 ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ (πρωτείνη) Δυο ειδη ινων με διαφορετικη ελαστικοτητα proximal (αμεσος, γειτονικος) distal (ακραιος, περιφερειακος) Συνδεδεμενα με διαβαθμιση ελαστικοτητας και ακριβη εφαρμογη (dovetailing)

51 Οι ίνες των μυδιών είναι Χαρακτηριστικό παράδειγμα FGM functionally graded materials λειτουργικά βαθμιδωμένα υλικά» Η σύσταση αλλάζει σταδιακά χωρίς να Χάνεται η συνοχή ανάμεσα στις διαδοχικές Περιοχές του υλικού

52 5 είδη πρωτεϊνών Mefp χρησιμεύουν για την πρόσφυση των μυδιών σε στερεές επιφάνειες

53 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΤΩΝ ΜΥΔΙΩΝ -Κόλλα Cell-Tak για πρόσφυση κυττάρων, συγκόλλητικό ιστών κλπ ( -Δυνατότητες άλλων εφαρμογών (οφθαλμολογικά υλικά κλπ)

54 ΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΤΩΝ ΜΥΔΙΩΝ ΧΡΗΣΙΜΕΥΟΥΝ ΕΠΙΣΗΣ ΣΑΝ ΜΟΝΤΕΛΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΥΛΙΚΩΝ ΠΟΥ ΝΑ ΕΜΠΟΔΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΡΟΣΦΥΣΗ ΣΕ ΣΤΕΡΕΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΣΤΟΝ ΒΥΘΟ (ANTIFOULING AGENTS)

55 Ένα ακόμα δομικό μοτίβο φυσικών ινών (αμυλοειδείς ίνες) Η δομη β-πτυχωτων φυλλων, Με τα strands καθετα στον αξονα του ινιδιου, Εχει περιγραφεί για φυσικές ινες (ινες του εντόμου Chrysopa)

56 Αυτού του είδους οι δομές είναι μηχανικά πολύ ανθεκτικές και χρησιμοποιούνται στην φύση σε εξωκυτταρικές δομές σχεδιασμένες για προστασία / αντοχή Περιβλήματα αυγών των εντόμων Εξωκυτταρικές πρωτεϊνες Προσκόλλησης φυκών

58 ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOMINERALS, BIOLOGICAL CERAMICS) -NACRE (μαργαρο, σεντεφι) -OΣΤΑ -ΔΟΝΤΙΑ -ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΠΥΡΙΤΙΟΥ -ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΟΣΩΜΑΤΑ

59 Συνθετα βιολογικα υλικα (biominerals) Nacre (μαργαρο, σεντεφι) 95% Ανοργανη φαση=ανθρακικο ασβεστιο (αραγωνιτης, CaCO3) 3000 φορες πιο ανθεκτικο στην θραυση από Τον καθαρο αραγωνιτη

60 Δομη τυπου πλινθος και κονιαμα (brick and mortar) (μηχανισμός απορρόφησης κραδασμών / θραύσης)

61 Η οργανική φάση (πρωτεϊνες, με μεγάλη περιεκτικότητα σε σερίνη και ασπαρτικό), καθορίζουν με τρόπο επιταξικό την εναπόθεση της ανόργανης φάσης

62 ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Αγκάθια του σφουγγαριού Euplectella aspergillum

63 Μικροδομή των αγκαθιών: μια κεντρική ίνα πρωτεϊνης (Organic Filament) Περιτυλιγμένη από έναν κεντρικό πυρήνα (Central Core) και παραπέρα Διαδοχικές ομόκεντρες στρώσεις (striated shell region) από πυρίτιο

64 Τα αγκάθια διαδίδουν το φώς, λειτουργούν δηλαδή σαν Οπτικές ίνες τεράστιο ενδιαφέρον για την κατασκευή νέων μορφών συνθετικών οπτικών ινών

65 ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ 24 υπομοναδες αυτο-οργανώνονται σε καψίδιο με εσωτερικη κοιλοτητα διαμετρου 6 nm Χρησιμεύει για την αποθήκευση σιδηρου στον οργανισμό υπο μορφην οξειδιου υπομονάδα

66 ΜΑΓΝΗΤΟΣΩΜΑΤΑ Συσσωματώματα μαγνητίτη Fe 3 O 4 Απαντώνται στα μαγνητοτακτικά βακτηρίδια και χρησιμεύουν για να τα καθοδηγούν σε μετακινήσεις ακολουθώντας τις γραμμές του γεωμαγνητικού πεδίου

67 Τα μαγνητοσώματα έχουν διάφορα σχήματα Και περιβάλλονται από βιολογικές μεμβράνες Bar = 25nm Bar = 100nm Πιθανές εφαρμογές?? Μεγάλο ενδιαφέρον για εφαρμογές στην αποθήκευση Μαγνητικής πληροφορίας

68 Παραδειγματα αυτο-οργανωσης Και συγκρότησης υπερμορικών δομών (self-assembly) στην βιολογια Και εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών (ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ)

69 self-assembly Χρησιμοποίηση της ιδέας του lego

70 «top-down» vs «bottom-up» [Ehud Gazit, 2007]

71 Πλεονεκτήματα που προσφέρει η χρήση βιολογικών υλικών και συμβολή τους στις τρέχουσες ανάγκες 1. Αυτοργάνωση δομικών λίθων σε ήπιες συνθήκες (υδατικό περιβάλλον και θερμοκρασίες δωματίου) (μείωση κόστους) 2. Βιοσυμβατά και βιοαποικοδομήσημα υλικά (φιλικά προς το περιβάλλον) 3. Δυνατότητες τροποποίησης με αλλαγές στο επίπεδο της ακολουθίας (άπειρες δυνατότητες σχεδιασμού) 4. Αυτοοργάνωση στο επίπεδο της νανοκλίμακας (μείωση των διαστάσεων)

72 Παράδειγμα ιεραρχικής συγκρότησης: η δομή μιας τρίχας μαλλιών Βασική δομική μονάδα: Άλφα-έλικα της πρωτεΐνης κερατίνης Πλούσια σε αμινοξέα κυστεϊνης, που σχηματίζουν δισουλφιδικούς δεσμούς

73 Αρχαία βαφή μαλλιών: μια πάστα PbO τοποθετείται στα μαλλια σε αλκαλικό περιβάλλον, δηλ. παρουσία Ca (OH 2 A, D: 0 h B, E: 6h C, F: 72h

74 Σχηματίζονται νανοκρυσταλλοι PbS μεγέθους 5 nm χωρισμένοι κατα διαστήματα 10 nm Ο σχηματισμός και η τοποθέτηση των νανοκρυστάλλων καθορίζεται από Την υπερμοριακή οργάνωση των ινών κερατίνης

75 ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ 24 υπομοναδες αυτο-οργανώνονται σε καψίδιο με εσωτερικη κοιλοτητα διαμετρου 6 nm Χρησιμεύει για την αποθήκευση σιδηρου στον οργανισμό υπο μορφην οξειδιου υπομονάδα