Ученые разработали подводный суперклей, вдохновленные ракушками и мидиями

Если вы когда-нибудь пытались вытащить моллюска из морской дамбы или ракушку со дна лодки, вы поймете, что мы можем многому научиться у природы в области изготовления высокоэффективных клеев. Инженеры Университета Тафтса приняли это к сведению и сегодня в журнале Advanced Science сообщают о новом типе клея, вдохновленном этими упорно прилипающими существами. Используя волокнистый протеин шелка, извлеченный из тутового шелкопряда, они смогли воспроизвести ключевые особенности моллюсков и клея мидий, включая белковые нити, химическое сшивание и связь с железом. В результате получается мощный нетоксичный клей, который затвердевает и работает так же хорошо под водой, как и в сухих условиях, и он прочнее, чем большинство синтетических клеев, доступных в настоящее время на рынке. «Разработанное нами соединение не только более эффективно под водой, чем большинство доступных сегодня клеев, но также достигает такой прочности при гораздо меньшем количестве материала», — сказал Фиоренцо Оменетто, дважды профессор инженерных наук Фрэнка К. в Инженерной школе Тафтса, директор. из лаборатории Tufts Silklab, где был создан материал, и автора исследования. «А поскольку материал изготовлен из извлеченных биологических источников, химические вещества безвредны, поскольку он получен из природы и в основном не требует каких-либо синтетических этапов или использования летучих растворителей, он также может иметь преимущества в производстве», — добавил он далее.

«Команда клея» Silklab уделила внимание многим ключевым элементам синтеза водного клея. Мидии выделяют длинные липкие нити, называемые биссусами. Эти секретируемые биссусы образуют полимеры, которые внедряются в поверхности и химически сшиваются для укрепления связи. Белковые полимеры состоят из длинных цепей аминокислот, включая дигидроксифенилаланин (ДОФА), катехинсодержащую аминокислоту, которая может сшиваться с другими цепями. В мидии добавлен еще один особый ингредиент — комплексы железа, которые усиливают когезионную силу биссуса.

Ракушки выделяют прочный цемент, состоящий из белков, которые превращаются в полимеры, которые прикрепляются к поверхности. Белки в полимерах ракушечного цемента сворачивают свои аминокислотные цепи в бета-листы, которые представляют собой зигзагообразное расположение, обеспечивающее плоские поверхности и возможность образовывать прочные водородные связи с последующим полимерным белком или с поверхностью, к которой прилипает полимерная нить.

Вдохновленная всеми этими стратегиями молекулярных связей, которые использует природа, команда Omenetto намерена воспроизвести их. Они также опираются на свой опыт в области химии белка фиброина шелка, экстрагированного из кокона тутового шелкопряда. Фиброин шелка имеет многие схожие по форме и связующим свойствам белки цемента ракушек, включая способность образовывать большие поверхности бета-листов. Исследователи добавили полидофамин, случайный полимер дофамина, который содержит сшивающие катехолы по всей длине, подобно тому, как моллюски используют для сшивания своих связующих нитей. Прочность клея значительно повышается за счет отверждения клея хлоридом железа, который закрепляет связи с катехинами, как в случае с натуральными клеями из мидий.