Los adhesivos biomiméticos proporcionan adhesivos submarinos no tóxicos

Los ingenieros duplicaron el adhesivo hecho por percebes y mejillones para formar un adhesivo no tóxico que cura y funciona en agua como si estuviera seco.

Desarrollado por un equipo de la Universidad de Tufts en Massachusetts, se afirma que este nuevo adhesivo es más resistente que la mayoría de los productos adhesivos sintéticos del mercado. Sus hallazgos son ciencia avanzada..

Comenzando con la proteína de seda fibrosa de la polilla de seda, pudimos reproducir las funciones clave del adhesivo Fujitsubo e Igai, como los filamentos de proteína, el entrecruzamiento químico y la unión de hierro.

“Los compuestos que creamos no solo funcionan en agua más que la mayoría de los adhesivos actualmente disponibles, sino que también logran su resistencia con una cantidad mucho menor de material”, dijo Tufts, el material para el que se creó el material. Fiorenzo Omenet, director del Silk Lab y autor responsable de la investigación, dijo: “El material está hecho de fuentes biológicas extraídas, la química es inofensiva, se deriva de la naturaleza, pasos sintéticos y volátiles. También puede haber beneficios de fabricación debido a que se evita significativamente el uso de solventes. “

La clave de los adhesivos subacuáticos ultrarresistentes es la microestructura interconectada

Mejillones que estimulan soluciones eólicas marinas

El equipo de Silklab se centró en algunos elementos importantes para reproducir con pegamento acuático. Los mejillones secretan filamentos largos y pegajosos llamados byssus. Este filamento se incrusta en la superficie para formar un polímero que se reticula químicamente para fortalecer la unión. Los polímeros de proteínas están compuestos por largas cadenas de aminoácidos que contienen dihidroxifenilalanina (DOPA), un aminoácido que contiene catecol que puede entrecruzarse con otras cadenas. Los mejillones también agregan un complejo de hierro que mejora la fuerza cohesiva del biso.

Los percebes secretan un fuerte cemento hecho de proteínas que forman polímeros que se anclan a la superficie. Las proteínas de polímero de cemento de percebe pliegan las cadenas de aminoácidos en láminas beta. Esta es una secuencia en zigzag que muestra una superficie plana y tiene muchas oportunidades para formar fuertes enlaces de hidrógeno en la superficie a la que se une la siguiente proteína en el polímero, o filamento de polímero. Se adjunta.

El equipo de Omenetto aprovechó su experiencia química en proteínas de fibroína de seda extraídas de la polilla de seda co co co para trabajar en la recreación de estos fenómenos naturales. Los investigadores dijeron que la fibroína de seda comparte muchas de las propiedades de forma y unión de las proteínas del cemento de percebes, incluida la capacidad de ensamblar grandes superficies de láminas beta. Los investigadores agregaron polidopamina. Este es un polímero aleatorio de dopamina que exhibe catecoles entrecruzados a lo largo de su longitud, similar al que usan los mejillones para entrecruzar los filamentos de unión. A continuación, al curar el adhesivo con cloruro de hierro, se mejora mucho la fuerza del adhesivo y se asegura la unión de todo el catecol.

“La combinación de fibroína de seda, polidopamina y hierro proporciona la misma jerarquía de unión y reticulación que hace que estos adhesivos Fujitsubo e Igai sean muy fuertes”, dijo un postdoctorado en el laboratorio de Omenetto. El autor principal, Marco Lo Presti, dijo. “Tenemos un adhesivo que se ve natural cuando se ve bajo un microscopio”.

La obtención de una combinación adecuada de condiciones ácidas que curan con fibroína de seda, polidopamina e iones de hierro permite que el adhesivo cure y funcione en agua y alcance una fuerza de 2,4 MPa al resistir las fuerzas de cizallamiento. Era importante lograrlo. Se dice que es superior a la mayoría de los adhesivos experimentales y comerciales y ligeramente inferior a los adhesivos subacuáticos más fuertes a 2,8 MPa. Los adhesivos Tufts no son tóxicos y se pueden pegar a solo 1-2 mg por pulgada cuadrada.

“La combinación de potencial de seguridad, uso discreto de materiales y buena resistencia sugiere una utilidad potencial en muchas aplicaciones industriales y marinas, consumidores como la construcción de modelos y el uso doméstico. También puede ser adecuado para la orientación “, dijo el profesor colaborador Gianluca Farinola. Profesor adjunto de ingeniería biomédica en la Universidad de Tufts en investigación en la Universidad de Bari Aldo Moro.

“El hecho de que ya estemos usando fibroína de seda como material biocompatible para uso médico nos lleva a explorar esos usos”, agregó Omenett, profesor de ingeniería en la Universidad de Tufts. ..

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