The molecular motors of muscle are of potential interest in nanotechnology. These motors consist of the protein, myosin II interacting with actin filaments. It would be of interest to control the interaction between actin and myosin, e.g. in order to steer their direction of motion. Because these proteins are electrically charged their motion in a cell filled with a solution could potentially be controlled by an electric field. Here I have addressed several problems associated with experiments of this type. A main problem was found to be excessive heating of the solution. Another complication was electroosmotic flow and chemical reactions on the cell surface. The electric field can also cause electrophoretic motion of the proteins, which in some cases is undesired. The most effective way to reduce the heating of the solution was to keep the ratio between the cross sectional area of the cell and its cooling surfaces as small as possible. External cooling of the cell and keeping the ionic concentration in the solution as low as possible also prevented overheating. The electroosmotic flow could be stopped with agarose plugs at the cell openings and the surface reactions can probably be avoided if trimethylchlorosilane (TMCS) coated glass rather than nitrocellulose film is used for myosin adsorption. If electrophoretic motion turns out to be a problem it can be reduced/stopped with an electroosmotic flow in the opposite direction. A further conclusion of this study is that actin filaments may be oriented by relatively small field strengths whereas it can be necessary to use electric field strength of 1 MV/m or more to orient myosin. At this extremely high field strength the heat production, in a cell with a rectangular cross section, would probably will be to high. However, if a cell with a circular and very low cross sectional area, i.e. a capillary, is used the heating can possibly be held under an acceptable limit. / Nya generationer av datorer, digitalkameror, mobiltelefoner och annan elektronisk/teknisk utrustning tenderar att bli mindre utrymmeskrävande i förhållande till sin kapacitet i jämförelse med föregående modeller. Detsamma gäller också nya diagnostiska verktyg inom sjukvård, miljöövervakning m.m. Ett behov av aktiva komponenter av mindre format finns alltså på olika håll och möjligheten att skapa komponenter med proteiner som utgångspunkt har börjat undersökas. I denna studie fokuseras på aktin och myosin som tillsammans utgör de viktigaste proteinkomponenterna i skelettmuskler hos t.ex. människor och däggdjur. Dessa proteiners främsta uppgift är således att skapa en rörelse. Hur aktin och myosin fungerar tillsammans kan undersökas i konstgjorda testsystem (in vitro motility assay; IVMA), där proteinerna studeras utanför sin naturliga miljö. Vid den IVMA-metod som ligger till grund för denna undersökning förflyttar sig aktinet mer eller mindre okontrollerat ovanpå myosinet som fästs till en glasyta. För att aktinets rörelse skall bli tekniskt intressant måste denna rörelse kunna kontrolleras med viss noggrannhet. Då dessa proteiner är elektrisk laddade finns möjlighet att påverka/styra dem med elektromagnetiska kraftfält. Huvudsyftet med detta arbete har varit att undersöka om aktinets hastighet och rörelseriktning är möjlig att kontrollera med elektriska fält och vilka komplikationer som kan uppstå. Vid IVMA-försöken är aktinet och myosinet omgivna av en vattenbaserad saltlösning som är nödvändig för dessa proteiners funktion. Eftersom saltvatten är elektriskt ledande, så kommer en elektrisk ström att gå igenom saltlösningen när det elektriska fältet kopplas på. Den elektriska strömmen genom saltlösningen leder i sin tur till att lösningen värms upp. Risk finns alltså att saltlösningens temperatur stiger så mycket så att proteinerna upphör att fungera. Ett annat resultat av elektriska fält genom vattenbaserade lösningar är s.k. elektroosmotiskt flöde. Fenomenet elektroosmos innebär att lösningen försätts i en rörelse som är proportionell mot det elektriska fältets storlek. Vid kraftiga elektriska fält är det alltså möjligt att aktinet sköljs med i det elektroosmotiska flödet. Ytterligare en komplikation som kan uppstå vid elektriska fält genom IVMA-cellen är reaktioner i den beläggning som täcker glasytan vilken utgör botten på cellen. I detta examensarbete har en stor del av tiden ägnats åt att eliminera/reducera ovanstående oönskade bieffekter vid användandet av elektriska fält för att styra proteiner.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:vxu-2031 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Liljesson, Kenneth |
| Publisher | Växjö universitet, Matematiska och systemtekniska institutionen |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Rapporter från Växjö universitet : Matematik, naturvetenskap och teknik, 1404-045X ; 08040 |
Page generated in 0.0021 seconds