Lem bawah air baru dan kuat yang terinspirasi oleh teritip dan kerang

Model pesawat dipasang dengan lem berbahan dasar sutra. Kredit: Marco Lo Presti, Universitas Tufts

Protein sutra membentuk serat, ikatan silang, dan kompleks besi yang serupa dengan yang digunakan oleh makhluk laut.

Jika Anda pernah mencoba mengambil kerang dari tanggul atau teritip dari dasar perahu, Anda akan mengerti bahwa kita bisa belajar banyak dari alam tentang cara membuat stiker yang kuat. Insinyur Universitas Tufts telah mencatat dan melaporkan hari ini di majalah jenis lem baru yang terinspirasi oleh krustasea yang menempel dengan keras kepala itu Ilmu tingkat lanjut.

Dimulai dengan protein sutra berserat yang dikumpulkan dari ulat sutra, mereka mampu mereplikasi karakteristik kunci dari teritip dan ekor kerang, termasuk filamen protein, ikatan silang kimia, dan pengikatan besi. Hasilnya adalah lem non-toksik kuat yang beradaptasi dan bekerja dengan baik di bawah air seperti halnya dalam kondisi kering dan lebih tahan lama daripada kebanyakan produk lem sintetis di pasaran.

“Senyawa yang kami buat tidak hanya bekerja lebih baik di bawah air daripada kebanyakan perekat yang tersedia saat ini, tetapi mencapai kekuatan ini dengan jumlah material yang jauh lebih sedikit,” kata Fiorenzo Omenetto, Profesor Ganda Frank C. Sekolah Teknik Tufts, direktur Tufts Silklab di mana bahan dan penulis yang sesuai dari penelitian ini dibuat. “Dan karena bahannya terbuat dari sumber biologis yang diekstraksi, dan bahan kimianya ramah, diekstraksi dari alam, dan sebagian besar menghindari langkah-langkah sintetis atau penggunaan pelarut yang mudah menguap, itu juga bisa memiliki keuntungan dalam pembuatan.”

“Grup lem” Silklab berfokus pada beberapa elemen kunci untuk direproduksi dalam perekat akuatik. Kerang mengeluarkan filamen lengket panjang yang disebut byssus. Sekresi ini membentuk polimer yang tergabung ke dalam permukaan dan secara kimiawi terikat silang untuk memperkuat ikatan. Polimer protein terdiri dari rantai panjang asam amino termasuk satu, dihydroxyphenylalanine (DOPA), sebuah amino yang membawa catechol AC id yang dapat terjalin dengan rantai lainnya. Kerang menambahkan bahan khusus lainnya, kompleks besi, yang memperkuat kekuatan kohesif dari byssus.

Teritip mengeluarkan semen kuat yang dibentuk oleh protein yang membentuk polimer yang melekat pada permukaan. Protein dalam polimer semen teritip melipat rantai asam aminonya menjadi lembaran beta: susunan zig-zag yang menampilkan permukaan datar dan banyak peluang untuk membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan protein polimer berikutnya atau dengan permukaan tempat filamen polimer. sedang melampirkan.

Terinspirasi oleh semua trik ikatan molekul yang digunakan oleh alam, tim Omenetto mulai bekerja untuk mereplikasi mereka dan memanfaatkan pengalaman mereka dengan kimia protein fibroin sutra yang diekstraksi dari kepompong cacing sutra. Fibroin sutra memiliki banyak bentuk dan karakteristik pengikatan protein semen teritip, termasuk kemampuan untuk merakit permukaan lembaran beta yang besar. Para peneliti menambahkan polidopamin, polimer acak dopamin yang memiliki ikatan silang katekol sepanjang panjangnya, dengan cara yang sama yang digunakan kerang untuk mengikat silang filamen pengikatnya. Akhirnya, kekuatan adhesi ditingkatkan secara signifikan dengan menyembuhkan perekat dengan besi klorida, yang mengamankan ikatan antara katekol, seperti yang mereka lakukan pada perekat kerang alami.

“Kombinasi fibroin sutra, polidopamin, dan besi menyatukan hierarki ikatan dan ikatan silang yang sama yang membuat stiker teritip dan kerang ini begitu kuat,” kata Marco Lo Presti, rekan pascadoktoral di lab Omenetto dan penulis utama studi tersebut. “Kami berakhir dengan stiker yang bahkan terlihat seperti rekan alami untuk mikroskop.”

Mendapatkan campuran yang tepat dari fibroin sutra, polidopamin, dan kondisi pengawetan asam dengan ion besi sangat penting untuk memungkinkan perekat untuk mengatur dan berfungsi di bawah air, mencapai kekuatan 2,4 MPa (megapascals; sekitar 350 pon) per inci persegi) ketika gaya geser sedang menolak. Ini lebih baik daripada kebanyakan perekat eksperimental dan komersial yang ada dan hanya sedikit lebih rendah dari perekat bawah air terkuat pada 2,8 MPa. Namun, perekat ini memiliki keuntungan tambahan karena tidak beracun, terbuat dari bahan alami dan hanya membutuhkan 1-2 mg per inci persegi untuk mendapatkan ikatan ini, itu hanya beberapa tetes.

“Kombinasi kemungkinan keamanan, penggunaan material yang konservatif, dan kekuatan superior menunjukkan potensi utilitas untuk banyak aplikasi industri dan kelautan dan bahkan mungkin cocok untuk konsumen, seperti pembuatan model dan penggunaan di rumah,” katanya. kolaborator dalam studi di Universitas Bari Aldo Moro dan asisten profesor Teknik Biomedis di Tufts. “Fakta bahwa kami telah menggunakan fibroin sutra sebagai bahan biokompatibel untuk penggunaan medis juga mendorong kami untuk mengeksplorasi aplikasi ini,” tambah Omenetto.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.