Non-equilibrium assembly of microtubules: from molecules to autonomous chemical robots.
Non-equilibrium assembly of microtubules: from molecules to autonomous chemical robots.
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DOI：
10.1039/c7cs00030h
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发表时间：
2017-09-18
影响因子：
46.2
通讯作者：
Ross JL
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hess H;Ross JL
生物系统已经发展到能够利用从分子到宏观尺度的非平衡过程。目前，理解和模仿能够自主感知刺激、处理这些输入并通过执行机械功做出响应的生物系统是化学、材料科学和工程学面临的巨大挑战。新的化学系统正在应对这一挑战，并构成未来响应性、适应性和活性材料的基础。在本文中，我们描述了一种基于微管细胞骨架丝的特定生化生物力学网络——本身就是一个非平衡化学系统。我们追踪系统从分子到网络的非平衡方面，并描述细胞如何使用该系统在基本过程中执行主动工作。最后，我们讨论基于微管的工程系统如何作为由生物和合成组件组成的自主化学机器人的测试平台。
Biological systems have evolved to harness non-equilibrium processes from the molecular to the macro scale. It is currently a grand challenge of chemistry, materials science, and engineering to understand and mimic biological systems that have the ability to autonomously sense stimuli, process these inputs, and respond by performing mechanical work. New chemical systems are responding to the challenge and form the basis for future responsive, adaptive, and active materials. In this article, we describe a particular biochemical-biomechanical network based on the microtubule cytoskeletal filament – itself a non-equilibrium chemical system. We trace the non-equilibrium aspects of the system from molecules to networks and describe how the cell uses this system to perform active work in essential processes. Finally, we discuss how microtubule-based engineered systems can serve as testbeds for autonomous chemical robots composed of biological and synthetic components.
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