Výkonný nový podvodní lem inspirovaný Barnacles a mušlemi

Model letadla je sestaven s podšívkou na bázi hedvábí. Uznání: Marco Lo Presti, Tufts University

Hedvábné proteiny tvoří vlákna, síťování a komplexy železa podobné těm, které používají mořští tvorové.

Pokud jste zkusili vystřihnout reportáž z mořského hráze nebo barnacle pod lodí, zjistíte, že z přírody toho víme hodně o tom, jak vyrobit silné samolepky. Inženýři z Tufts University dostali dopis a nyní v časopise hlásí novou třídu lepidla inspirovanou tvrdohlavými korýši. Pokročilá věda.

Počínaje vláknitým hedvábným proteinem extrahovaným z bource morušového byli schopni napodobit základní tvary lepku barnacle a slávky, včetně proteinových vláken, chemického síťování a vazby železa. Výsledkem je silné netoxické lepidlo, které tuhne a působí také pod vodou, jako za sucha, a je mnohem silnější než většina syntetických lepidel na trhu.

“Složení, které vyrábíme, je nejen lepší pod vodou než většina dnes dostupných, ale získává energii s mnohem menším objemem materiálu,” řekl Fiorenzo Omenetto, Frank C. Double Professor of Engineering na Tufts School of Engineering, ředitel Tufts Silklab, kde je materiál byl vytvořen a odpovídající autor studie. “A protože je materiál vyroben ze zdrojů biologického původu a chemie je zbytečná – převzata z přírody a většinou se vyhýbá syntetickým krokům nebo používá rozpouštědla – mohou existovat také výrobní výhody.”

„Lepicí skupina“ Silklab se zaměřuje na mnoho klíčových prvků pro kopírování lepidel na bázi vody. Zprávy skrývají dlouhá lepkavá vlákna zvaná byssus. Tyto sekrece tvoří polymery, které jsou zalité v površích a chemicky zesítěny, aby posílily vazbu. Proteinové polymery se vyrábějí v dlouhých řetězcích aminokyseliny včetně jednoho, dihydroxyfenylalaninu (DOPA), katechol nesoucího amino kyselina které mohou být zesítěny s jinými řetězci. Mušle přidávají další speciální přísadu – komplexy železa – které posilují kombinovanou sílu byssu.

Barnacles skrývá silný cement vyrobený z bílkovin přeměněných na polymery, které ukotví povrchy. Proteiny v polymerech cementu barnacle skládají své aminokyselinové řetězce do beta listů – klikaté uspořádání, které vykazuje ploché povrchy a mnoho příležitostí k vytvoření silných vodíkových vazeb. Na dalším polymerním proteinu nebo na povrchu, kde je připojeno polymerní vlákno .

Inspirován všemi těmito triky vázajícími molekuly, které se používají v přírodě, se tým Omenetto vydal pracovat na jeho kopii a navrhl své odborné znalosti v chemii proteinu hedvábného fibroinu extrahovaného z kukly bource morušového. Hedvábný fibroin sdílí mnoho forem a vazebných vlastností proteinů barnacle cementu, včetně schopnosti akumulovat více povrchů beta listů Vědci přidali polydopamin – náhodný polymer dopaminu, který se zdá katecholům se stejnou délkou jako jeho délka, jak se používá ve zprávě spojit jejich vazebná vlákna. Nakonec je adhezní pevnost dále zlepšena fixací lepidla chloridem železitým, který zajišťuje vazby katecholů, stejně jako u lepidel na přírodní slávky.

„Kombinace hedvábného fibroinu, polydopaminu a železa kombinuje stejnou hierarchii spojování a síťování, díky níž jsou tato lepidla pro barnacle a slávky tak silná,“ řekl Marco Lo Presti, postdoktorand v laboratoři Omenetto a první autor studie . . „Skončili jsme s lepidlem, které dokonce vypadalo, jako by se přirozeně shodovalo pod mikroskopem.“

Získání správné směsi hedvábného fibroinu, polydopaminu a kyselých podmínek pro fixaci iontů železa je zásadní pro umožnění tuhnutí lepidla a jeho působení pod vodou, dosahující rychlostí 2,4 MPa (megapascalů; přibližně 350 liber na čtvereční palec), pokud jsou smykové síly vzdoroval. To je lepší než u většiny experimentálních a komerčních lepidel a o něco kratší než nejsilnější podvodní lepidlo při 2,8 MPa. Ačkoli má toto lepidlo další výhodu v tom, že je netoxické, je složeno ze všech přírodních materiálů a k dosažení této vazby vyžaduje 1–2 mg na čtvereční stopu – to jsou jen tři.

„Kombinace pravděpodobné bezpečnosti, konzervativního použití materiálu a vyšší síly naznačuje potenciální využití pro mnoho průmyslových a námořních aplikací a může být vhodná pro spotřebitele, jako je výroba modelů a domácí použití,“ uvedl spolupracovník profesor Gianluca Farinola. studovat na univerzitě v Bari Aldo Moro a další profesor biomedicínského inženýrství na Tufts. “Skutečnost, že již používáme hedvábný fibroin jako biokompatibilní materiál pro lékařské použití, nás vedla také k prozkoumání těchto aplikací,” dodal Omenetto.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.