Bagong makapangyarihang pandikit sa ilalim ng tubig na inspirasyon ng Barnacles at Shells

Isang modelo ng eroplano na binuo kasama ang isang adhesive na nakabatay sa sutla. Kredito: Marco Lo Presti, Tufts University

Ang mga protina ng sutla ay bumuo ng mga hibla, crosslink, at iron complex na katulad ng ginagamit ng mga nilalang sa dagat.

Kung nasubukan mo na bang punitin ang isang tahong mula sa baybayin ng isang dagat o isang barnacle mula sa ilalim ng isang barko, mauunawaan mo na marami kaming matututunan mula sa kalikasan kung paano gumawa ng malakas na adhesives. Ang mga inhinyero sa Tufts University ay nakilala ito at nagpapakilala ng isang bagong uri ng pandikit na inspirasyon ng mga matigas na ulo na crustacean na tagasunod sa magasin ngayon. Advanced science.

Simula sa mahibla na sutla na protina na nakuha mula sa mga silkworms, nagawa nilang gayahin ang mga pangunahing katangian ng barnacle at kola ng tahong, kabilang ang mga hibla ng protina, pag-crosslink ng kemikal, at pagbubuklod ng bakal. Ang resulta ay isang malakas na hindi nakakalason na malagkit na lumalakas at gumagana nang maayos sa ilalim ng tubig at sa mga tuyong kondisyon at mas malakas kaysa sa karamihan sa mga synthetic adhesive na kasalukuyang nasa merkado.

“Ang pinagsamang nilikha namin ay hindi lamang gumagana nang mas mahusay sa ilalim ng tubig kaysa sa karamihan sa mga adhesives na magagamit ngayon, ngunit nakakamit ang lakas na ito kahit na may mas kaunting materyal,” sabi ni Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble, Propesor ng Engineering sa Tufts School of Engineering, Director ng Tufts Silklab. kung saan nilikha ang materyal, at ang kaukulang may-akda ng pag-aaral. “At dahil ang materyal ay ginawa mula sa mga hinango na mapagkukunang biyolohikal at ang mga kemikal ay hindi nakakasama – inilabas mula sa kalikasan at higit na iniiwasan ang mga hakbang na gawa ng tao o ang paggamit ng mga pabagu-bago na solvents – maaari rin itong magkaroon ng mga kalamangan sa produksyon.”

Ang “kawani ng malagkit” ni Silklab ay nakatuon sa maraming pangunahing elemento para sa pagtitiklop sa mga adhesives na nakabatay sa tubig. Ang mga mussel ay nagtatago ng mahabang malagkit na mga hibla na tinatawag na byssus. Ang mga pagtatago na ito ay bumubuo ng mga polymer na nagdeposito sa mga ibabaw at nag-crosslink ng chemically upang palakasin ang bono. Ang mga polimer ng protina ay nabuo ng mahabang mga tanikala mga amino acid kabilang ang isa, dihydroxyphenylalanine (DOPA), isang pangkat na naglalaman ng catechol ng amino acid na maaaring mag-crosslink sa iba pang mga tanikala. Ang mga shell ay nagdagdag ng isa pang espesyal na sangkap – mga iron complex – na nagpapalakas sa cohesive lakas ng byss.

Inilihim ng Barnacles ang makapal na semento na ginawa mula sa mga protina na nabubuo sa mga polimer na dumidikit sa mga ibabaw. Ang mga protina sa barnacle semento polimer tiklop ang kanilang mga amino acid chain sa mga beta sheet – isang pag-aayos ng zigzag na nagtatanghal ng mga patag na ibabaw at maraming mga pagkakataon upang makabuo ng malakas na mga bono ng hydrogen sa isa pang protina sa polimer o sa ibabaw kung saan nakakabit ang polymer fiber.

May inspirasyon ng lahat ng mga ito ng molikong trick na ginamit ng kalikasan, ang koponan ng Omenetto ay nagsimula sa kanilang pagtitiklop at nakuha ang kanilang kadalubhasaan sa kimika ng sutla fibroin na protina na nakuha mula sa cocoon ng silkworm. Nagbabahagi ang sutla fibroin ng maraming mga hugis at umiiral na mga katangian ng mga barnacle na protina ng semento, kabilang ang kakayahang magtipon ng malalaking mga ibabaw ng dahon ng beta. Ang mga mananaliksik ay nagdagdag ng polydopamine, isang random polymer ng dopamine na kumakatawan sa mga cross-linking catechol kasama ang buong haba nito, katulad ng ginagamit ng tahong upang i-crosslink ang kanilang mga nagbubuklod na hibla. Sa wakas, ang lakas ng pagdirikit ay makabuluhang nadagdagan sa pamamagitan ng paggamot ng malagkit na may ferric chloride, na nagbibigay ng mga bono sa mga catechol, tulad ng kaso ng natural na mga shell.

“Ang kombinasyon ng sutla fibroin, polydopamine at iron ay pinagsasama ang parehong hierarchy ng mga bono at mga crosslink na gumagawa ng mga adhesives na ito para sa barnacle at mussels na napakalakas,” sabi ni Marco Lo Presti, kapwa postdoctoral sa laboratoryo ng Omenett at unang may-akda ng pag-aaral. “Tapos na kami sa pandikit na kahit na mukhang natural na katapat nito sa ilalim ng isang mikroskopyo.”

Ang pagkuha ng wastong timpla ng seda fibroin, polydopamine, at acidic iron ion na mga kondisyon ng paggamot ay kritikal sa malagkit na magagawang gamutin at mapatakbo sa ilalim ng tubig, na umaabot sa lakas na 2.4 MPa (megapascal; halos 350 pounds bawat square inch) kapag lumalaban sa paggugupit. Ito ay mas mahusay kaysa sa karamihan ng mga umiiral na pang-eksperimentong at komersyal na adhesive at bahagyang mas mababa kaysa sa pinakamalakas na adhesive sa ilalim ng tubig sa 2.8 MPa. Ang isa pang bentahe ng malagkit na ito ay na ito ay hindi nakakalason, binubuo ng mga likas na materyales at nangangailangan lamang ng 1-2 mg bawat parisukat na pulgada upang makamit ang bono na ito – iilan lamang ang mga patak.

“Ang kumbinasyon ng maaaring kaligtasan, paggamit ng materyal na konserbatibo at mahusay na lakas ay nagmumungkahi ng potensyal na utility para sa maraming mga pang-industriya at pang-dagat na aplikasyon at maaaring maging angkop para sa mga mamimili tulad ng pagbuo ng modelo at paggamit sa bahay,” sabi ng katrabaho na prof. Gianluca Farinola. sa isang pag-aaral mula sa University of Bari Aldo Moro at Associate Professor ng Biomedical Engineering sa Tufts. “Ang katotohanan na nagamit na namin ang sutla fibroin bilang isang biocompatible na materyal para sa paggamit ng medisina ay humantong din sa amin upang tuklasin ang mga application na ito,” dagdag ni Omenetto.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.