Araştırmacılar Midyelerden Esinlenerek Güçlü Yeni Sualtı Tutkalı Geliştirdi

Fotoğraf : İpek bazlı yapıştırıcı ile monte edilmiş model uçak. Kredi: Marco Lo Presti, Tufts Üniversitesi

İpek proteinleri, deniz canlılarının kullandıklarına benzer lifler, çapraz bağlar ve demir kompleksleri oluşturdu.

Bir deniz duvarından bir midyeyi veya bir teknenin dibinden bir midyeyi kesmeye çalıştıysanız, güçlü yapıştırıcıların nasıl yapılacağı konusunda doğadan çok şey öğrenebileceğimizi anlayacaksınız. Tufts Üniversitesindeki mühendisler araştırdılar ve bugün Advanced Science dergisinde inatla yapışan kabuklulardan ilham alan yeni bir yapıştırıcı türünü bildirdiler.

İpekböceklerinden hasat edilen lifli ipek proteini ile başlayarak, protein lifleri, kimyasal çapraz bağlama ve demir bağı dahil olmak üzere midye ve midye tutkalının temel özelliklerini kopyalayabildiler. Sonuçta, kuru koşullarda olduğu gibi su altında da sertleşen ve çalışan ve şu anda piyasada bulunan çoğu sentetik yapıştırıcı ürününden daha güçlü olup, toksik olmayan bir yapıştırıcı elde edildi.

Tufts Silklab’ın yöneticisi ve Tufts Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Profesörü Fiorenzo Omenetto çalışmanın yazarı olarak, “Yarattığımız kompozit, günümüzde mevcut çoğu yapıştırıcıdan yalnızca su altında daha iyi çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda bu gücü çok daha küçük miktarlarda malzemeyle sağlıyor” dedi. Materyal ekstrakte edilmiş biyolojik kaynaklardan yapıldığından ve kimyaları iyi huylu olarak doğadan alındığından ve sentetik adımlardan veya uçucu çözücülerin kullanımından büyük ölçüde kaçınıldığından – üretimde de avantajları olabilir.”

Silklab “tutkal ekibi”, suda yaşayan yapıştırıcılarda kopyalanacak birkaç temel unsura odaklandı. Midyeler, byssus adı verilen uzun yapışkan filamentler salgılarlar. Bu salgılar, yüzeylere gömülen ve bağı güçlendirmek için kimyasal olarak çapraz bağlanan polimerler oluşturur. Protein polimerleri, diğer zincirlerle çapraz bağlanabilen katekol içeren bir amino asit olan dihidroksifenilalanin (DOPA) dahil olmak üzere uzun amino asit zincirlerinden oluşur. Midyeler, byssusun yapışkan gücünü güçlendiren başka bir özel bileşen – demir kompleksleri – ekler.

Midyeler, yüzeylere sabitlenen polimerlere dönüşen proteinlerden yapılmış güçlü bir çimento salgılar. Midye çimento polimerlerindeki proteinler, amino asit zincirlerini beta tabakalarına katlar – düz yüzeyler ve polimerdeki bir sonraki proteine ​​veya polimer filamanının bulunduğu yüzeye güçlü hidrojen bağları oluşturmak için birçok fırsat sunan bir zikzak düzenlemesidir.

Doğanın kullandığı tüm bu moleküler bağlanma numaralarından ilham alan Omenetto’nun ekibi, onları kopyalamaya ve ipekböceği kozasından çıkarılan ipek fibroin proteininin kimyasıyla uzmanlıklarından yararlanmaya başladı. İpek fibroin, büyük beta levha yüzeylerini birleştirme yeteneği de dahil olmak üzere, midye çimentosu proteinlerinin şekil ve bağlanma özelliklerinin çoğunu paylaşır. Araştırmacılar, midyelerin bağlanma filamanlarını çapraz bağlamak için kullandıkları gibi, uzunluğu boyunca çapraz bağlayıcı katekoller sunan rastgele bir dopamin polimeri olan polidopamini eklediler. Son olarak, yapışkanın, doğal midye yapıştırıcılarında olduğu gibi katekoller arasında bağları sabitleyen demir klorür ile kürlenmesiyle yapışma mukavemeti önemli ölçüde artırıldı.

Omenetto’nun laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ilk yazarı Marco Lo Presti, “İpek fibroin, polidopamin ve demir kombinasyonu, bu midye ve midye yapıştırıcılarını bu kadar güçlü yapan aynı bağlanma ve çapraz bağlanma hiyerarşisini bir araya getiriyor” dedi. . “Mikroskop altında doğal karşılığına bile benzeyen bir yapıştırıcı elde ettik.”

İpek fibroin, polidopamin ve demir iyonları ile asidik kürleme koşullarının doğru karışımını elde etmek, yapıştırıcının su altında kurumasını ve çalışmasını sağlamak için kritikti ve kesme kuvvetlerine direnirken 2,4 MPa (megapaskal; inç kare başına yaklaşık 350 pound) güçlere ulaştı. Bu, mevcut deneysel ve ticari yapıştırıcıların çoğundan daha iyidir ve 2,8 MPa’daki en güçlü su altı yapıştırıcısından sadece biraz daha düşüktür. Yine de bu yapıştırıcının toksik olmaması, tamamen doğal malzemelerden oluşması ve bu bağı elde etmek için inç kare başına sadece 1-2 mg gerekmesi gibi ek bir avantajı vardır – bu sadece birkaç damladır.

Çalışmaya katkı sağlayan Bari Aldo Moro Üniversitesinden Profesör Gianluca Farinola, “Muhtemel güvenlik, malzemenin muhafazakar kullanımı ve üstün gücün birleşimi, birçok endüstriyel ve denizcilik uygulaması için potansiyel fayda olduğunu ve hatta model oluşturma ve evde kullanımı gibi tüketici odaklı kullanım için bile uygun olabileceğini” söyledi. Tufts Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Yardımcı Profesörü Omenetto, “Tıbbi kullanım için biyouyumlu bir malzeme olarak ipek fibroini zaten kullanmış olmamız, bu uygulamaları da keşfetmemizi sağlıyor” diye ekledi.

Kaynak : scitechdaily.com