Midye ve Sülükayaklılardan İlham Alan Güçlü Bir Su Altı Yapıştırıcısı
Fotoğraf 1: Araştırmacılar, ipek proteinlerini kullanarak, yapışkan su altı deniz canlıları tarafından kullanılanlara benzer demir kompleksleri içeren çapraz bağlama lifleri yarattı.
Şaşırtıcı değil, ancak doğadan öğrenecek çok şeyimiz var, özellikle de güçlü, su geçirmez yapıştırıcılar yapmak olduğunda. Hiç bir deniz duvarından sülükayaklı veya bir teknenin dibinden midye kesmeye çalıştınız mı? Oldukça zor olduğu söyleniyor.
Tufts Üniversitesi’ndeki mühendisler kabuklu dostlarımızı ilham kaynağı olarak kullanarak, en güçlü kuru yapıştırıcılardan bile daha iyi performans gösteren yeni bir yapıştırıcı türü yarattılar. Silklab “yapıştırıcı ekibi”, kendilerine verdikleri adla, ipekböceklerinden hasat edilen lifli bir ipek proteini kullandılar ve onunla protein filamentleri, kimyasal çapraz bağlama ve demir bağı dahil olmak üzere midye ve sülükayaklı tutkalının temel unsurlarını çoğaltabildiler.
Tufts Üniversitesi’ndeki mühendislik profesörü ve bu çalışmada bulunan Tufts Silklab’ın yöneticisi Fiorenzo Omenetto, “Yarattığımız kompozit, günümüzde mevcut olan çoğu yapıştırıcıdan yalnızca su altında daha iyi çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda bu gücü çok daha küçük miktarlarda malzeme ile sağlıyor. Ve malzeme ekstrakte edilmiş biyolojik kaynaklardan yapıldığı ve kimyaları iyi huylu olduğu için -doğadan alındığı ve büyük ölçüde sentetik adımlardan veya uçucu çözücülerin kullanımından kaçınıldığı için üretimde de avantajları olabilir.” dedi.
Fotoğraf 2 : İpek bazlı yapıştırıcı ile monte edilmiş model uçak
Midyeler, yüzeylere gömülen polimerler oluşturan ve bağı güçlendirmek için kimyasal olarak çapraz bağlanan byssus adı verilen uzun, yapışkan filamentler salgılar. Protein polimerleri, diğer zincirlerle çapraz bağlanabilen katekol (kimyasal bileşen) içeren bir amino asit olan dihidroksifenilalanin (L-DOPA) dahil olmak üzere uzun amino asit zincirlerinden oluşur. Midye, byssus’un (tekstil lifi) yapışkan gücünü güçlendiren başka bir özel bileşen demir kompleksleri ekler.
Öte yandan, Sülükayaklılar yüzeylere tutturulan polimerlere dönüşen proteinlerden yapılmış güçlü bir çimento salgılar. Bu proteinler, amino asit zincirlerini beta tabakalarına katlarlar, bu da düz yüzeyler ve polimerdeki bir sonraki proteine veya polimer filamentin bağlandığı yüzeye güçlü hidrojen bağları oluşturmak için birçok fırsat sunan bir zikzak düzenlemesidir.
Tüm bu moleküler bağlanma hilelerinden esinlenen Omenetto’nun ekibi, büyük beta levha yüzeylerini bir araya getirme yeteneği de dahil olmak üzere, sülükayaklıların çimento proteinlerinin aynı şekil ve bağlanma özelliklerinin çoğunu paylaşan ipek fibroin proteininin kimyası ile uzmanlıklarına dayanarak bunları çoğaltmak için çalışmaya başladı.
Araştırmacılar, midyelerin bağlanma filamanlarını çapraz bağlamak için kullandıkları gibi, uzunluğu boyunca çapraz bağlayıcı katekoller sunan rastgele bir dopamin polimeri olan polidopamini eklediler. Son olarak, yapıştırıcının, doğal midye yapıştırıcılarında olduğu gibi katekoller arasında bağları sabitleyen demir klorür ile kürlenmesiyle yapışma mukavemeti önemli ölçüde arttırıldı.
Omenetto’nun laboratuvarında Marco Lo Presti, “İpek fibroin, polidopamin ve demirin kombinasyonu, bu midye ve sülükayaklı yapıştırıcılarını çok güçlü yapan aynı bağlanma ve çapraz bağlama sistemini bir araya getiriyor.” dedi.
İpek fibroin (protein), 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 gibi ek bir avantajı vardır ve bu bağı elde etmek için inç kare başına sadece 1-2 mg gerekir. Bu sadece birkaç damladır.
Bari Aldo Moro Üniversitesi’nden bir çalışmada bulunan 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 ev kullanımı gibi tüketici odaklı kullanım için bile uygun olabileceğine değindi.
Omenetto, “Tıbbi kullanım için biyouyumlu bir malzeme olarak ipek fibroini zaten kullanmış olmamız, bu uygulamaları da keşfetmemizi sağlıyor.” diye ekledi.
Kaynak: advancedsciencenews.com
