إذا سبق لك أن حاولت سحب المحار من جدار البحر أو البرنقيل من قاع القارب، فسوف تفهم أن هناك الكثير الذي يمكننا تعلمه من الطبيعة حول صنع مواد لاصقة عالية الأداء. لاحظ مهندسو جامعة تافتس هذا الأمر وقاموا اليوم بالإبلاغ في مجلة العلوم المتقدمة عن نوع جديد من الغراء مستوحى من هذه المخلوقات الملتصقة العنيدة. باستخدام بروتين الحرير الليفي المستخرج من دودة القز، تمكنوا من تكرار السمات الرئيسية للبرنقيل وغراء بلح البحر، بما في ذلك خيوط البروتين، والتشابك الكيميائي، والترابط الحديدي. والنتيجة هي مادة لاصقة قوية وغير سامة تعالج وتعمل بشكل جيد تحت الماء كما تفعل في الظروف الجافة، وهي أقوى من معظم المنتجات اللاصقة الاصطناعية المتوفرة حاليًا في السوق. قال فيورينزو أومينيتو، أستاذ فرانك سي دوبل للهندسة في كلية تافتس للهندسة، والمدير: "إن المفصل الذي قمنا بتطويره ليس أكثر كفاءة تحت الماء من معظم المواد اللاصقة المتوفرة اليوم فحسب، بل إنه يحقق أيضًا هذه القوة مع كمية أقل بكثير من المواد". من Tufts Silklab حيث تم إنشاء المادة، والمؤلف المقابل للدراسة. وأضاف: "ولأن المادة مصنوعة من مصادر بيولوجية مستخرجة، فإن المواد الكيميائية غير ضارة لأنها مستمدة من الطبيعة ودون الحاجة إلى أي خطوات صناعية أو استخدام مذيبات متطايرة، كما يمكن أن يكون لها مزايا في الإنتاج".
اهتم "فريق الغراء" في Silklab بالعديد من العناصر الأساسية لتصنيع الغراء المائي. يفرز بلح البحر خيوطًا طويلة لزجة تسمى بيسوس. تشكل هذه المخلفات المفرزة بوليمرات تدمج نفسها في الأسطح وتترابط كيميائيًا لتقوية الرابطة. تتكون بوليمرات البروتين من سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية، بما في ذلك ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين (DOPA)، وهو حمض أميني يحتوي على الكاتيكول ويمكن أن يتقاطع مع السلاسل الأخرى. يضيف بلح البحر عنصرًا خاصًا آخر، وهو مجمعات الحديد التي تعزز قوة التماسك للبيسوس.
تفرز البرنقيل أسمنتًا قويًا مصنوعًا من البروتينات التي تتشكل في البوليمرات التي تثبت على الأسطح. تقوم البروتينات الموجودة في بوليمرات الأسمنت البرنقيل بطي سلاسل الأحماض الأمينية الخاصة بها في صفائح بيتا وهو ترتيب متعرج يوفر أسطحًا مسطحة وفرصة لتشكيل روابط هيدروجينية قوية مع بروتين البوليمر اللاحق أو على السطح الذي تلتصق به خيوط البوليمر.
مستوحاة من كل استراتيجيات الترابط الجزيئي التي تستخدمها الطبيعة، فإن فريق Omenetto مستعد للعمل على تكرارها. وهم يعتمدون أيضًا على خبرتهم في كيمياء بروتين فبروين الحرير المستخرج من شرنقة دودة القز. تشترك ألياف الحرير في العديد من خصائص الشكل والترابط لبروتينات الأسمنت البرنقيل، بما في ذلك القدرة على بناء أسطح كبيرة من صفائح بيتا. أضاف الباحثون البولي دوبامين، وهو بوليمر عشوائي من الدوبامين يقدم الكاتيكولات المتشابكة على طوله، مثلما يستخدمه المحار لتشابك خيوط الترابط الخاصة به. يتم تعزيز قوة اللصق بشكل كبير عن طريق معالجة المادة اللاصقة بكلوريد الحديد، الذي يؤمن الروابط مع الكاتيكولات، كما هو الحال مع المواد اللاصقة الطبيعية لبلح البحر.
