Noul adeziv puternic subacvatic inspirat de balani și midii

Model de avion asamblat cu adeziv pe bază de mătase. Credit: Marco Lo Presti, Universitatea Tufts

Proteinele din mătase au format fibre, interconectări și complexe de fier similare cu cele utilizate de creaturile marine.

Dacă ați încercat vreodată să tăiați o midie dintr-un zid de mare sau un hambar în partea de jos a unei bărci, vă veți da seama că putem învăța multe din natură cum să facem adeziv puternic. Inginerii de la Universitatea Tufts au luat act și au raportat astăzi un nou tip de adeziv inspirat de acele crustacee care aderă la încăpățânarea din jurnal Științe avansate.

Începând cu proteina din fibră de mătase recoltată de la viermi de mătase, aceștia au reușit să reproducă caracteristicile cheie ale lipiciului și lipiciului midiei, inclusiv filamente proteice, legături chimice și legături de fier. Rezultatul este un adeziv puternic non-toxic care se fixează și funcționează bine sub apă, așa cum se întâmplă în condiții uscate și este mai puternic decât majoritatea produselor adezive sintetice de pe piață.

“Compozitul pe care l-am creat nu numai că funcționează mai bine sub apă decât majoritatea adezivilor disponibili astăzi, ci atinge această rezistență cu cantități mult mai mici de material”, a spus Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble, profesor de inginerie la Școala de Inginerie Tufts. Director Silklab Tufuri în care a fost creat materialul și autorul respectiv al studiului. „Și pentru că materialul este fabricat din surse biologice extrase, iar substanțele chimice sunt benigne – obținute prin natură și în mare măsură prin evitarea etapelor sintetice sau utilizarea solvenților volatili – acest lucru poate avea, de asemenea, un avantaj în fabricare.”

„Echipa de adezivi” a Silklab s-a concentrat asupra unor elemente cheie care trebuie copiate în adezivi pentru apă. Midiile secretă filamente lipicioase lungi numite byssus. Aceste secreții formează polimeri, care sunt introduși în suprafață și legați chimic pentru a întări legătura. Polimerii proteici constau în lanțuri lungi de aminoacizi incluzând o dihidroxifenilalanină (DOPA), un aminoacid care conține catecol acid care poate fi interconectat cu alte lanțuri. Midiile adaugă un alt ingredient special – complexe de fier – care întăresc forța de coeziune a bysusului.

Balanțele secretă un ciment puternic din proteine ​​care se formează în polimeri care se ancorează pe suprafață. Proteinele din polimerii de ciment balansier își pliază lanțurile de aminoacizi în foi beta – un aranjament în zig-zag care prezintă suprafețe plane și multe oportunități de a forma legături puternice de hidrogen cu cealaltă proteină din polimer sau pe suprafața pe care este filamentul de polimer fiind atașat.

Inspirată de toate aceste trucuri de legare moleculară folosite de natură, echipa Omenetto a decis să lucreze la reproducerea acestora și să se bazeze pe expertiza lor în chimia proteinelor din fibrină de mătase extrase din vezica viermilor de mătase. Fibrina de mătase are multe dintre formele și caracteristicile de legare ale proteinelor din cimentul de balanță, inclusiv capacitatea de a acumula suprafețe mari de foaie beta. Cercetătorii au adăugat polidopamină – un polimer aleatoriu de dopamină care reprezintă catecoli cu legături încrucișate pe lungimea sa, la fel cum midiile folosesc pentru a-și lega fibrele. La urma urmei, rezistența adezivului crește semnificativ prin întărirea adezivului cu clorură de fier, care asigură conexiunile între cateholi, la fel ca în adezivii naturali pentru midii.

„Combinația de mătase, polidopamină și fibrină de fier unește aceeași ierarhie de legătură și reticulare care face ca acești adezivi pentru midii și midii să fie atât de puternici”, a declarat Marco Lo Presti, coleg postdoctoral la Laboratorul Omenetto și autor al primului studiu. „Am ajuns cu un adeziv care chiar arată ca omologul său natural la microscop”.

Obținerea amestecului potrivit de fibrină de mătase, polidopamină și condiții de vindecare a ionilor acizi a fost esențială pentru a permite adezivului să se așeze și să lucreze sub apă, atingând puteri de 2,4 MPa (megapascali; aproximativ 350 de lire pe inch pătrat) atunci când se opune forțelor de forfecare. Acest lucru este mai bun decât majoritatea adezivilor comerciali și experimentali și doar puțin mai mic decât cel mai puternic adeziv subacvatic de 2,8 MPa. Cu toate acestea, acest adeziv are avantajul suplimentar de a fi netoxic, fabricat din materiale naturale și necesită doar 1-2 mg pe inch pătrat pentru a obține această legătură – aceasta este doar câteva puncte.

„Combinația dintre siguranța potențială, utilizarea conservatoare a materialului și rezistența superioară sugerează utilitatea potențială pentru multe aplicații industriale și marine și poate fi chiar adecvată pentru client, ca model de construcție și uz casnic”, a spus prof. Gianluca Farinola, asociat în studiu de la Universitatea din Bari Aldo Moro și profesor asistent de inginerie biomedicală la Tufts. “Faptul că am folosit deja fibroina de mătase ca material biocompatibil pentru uz medical ne face să luăm în considerare și aceste aplicații”, a adăugat Omenetto.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.