211service.com
Klej, który przykleja się do prawie wszystkiego
Elastyczne wyświetlacze, filtry do oczyszczania wody i materiały przekształcające ciepło bezpośrednio w energię elektryczną mogą być łatwiejsze do wykonania dzięki nowemu polimerowi, który pozwala naukowcom pokryć niemal każdy obiekt, nawet wykonany z teflonu, mikroskopijnymi wzorami metali i materiałów organicznych.
Lepka inspiracja: Chemia nici białkowych, które małże wykorzystują do przyczepiania się do prawie każdego rodzaju materiału (tu małż jest przyczepiony do teflonu) pomogła naukowcom opracować nowy, wszechstronny klej.
Naukowcy z Northwestern University zaprojektowali polimer tak, aby naśladował klej na bazie białek, którego małże używają do przyczepiania się do skał, drewna, plastiku i stali – właściwie do każdego napotkanego materiału. Naukowcy, kierowani przez Phillip Messersmith , profesor inżynierii biomedycznej oraz materiałoznawstwa i inżynierii w Northwestern, zidentyfikował łatwy do wytworzenia związek podobny do aktywnych pierwiastków w tym kleju do małży. Odkryli, że w odpowiednich warunkach związek tworzy niezwykle cienką warstwę polimeru na powierzchni niemal każdego materiału, na który jest nakładany. Folia ta może z kolei wiązać się chemicznie z szeroką gamą materiałów, które pełnią użyteczne funkcje. Opracowano wiele innych metod funkcjonalizacji materiałów, ale zgodnie z: Marcus Textor , profesor materiałów w Federalnym Instytucie Technologii w Szwajcarii, ten wyróżnia się tym, że jest łatwy i niezwykle wszechstronny. Fascynujące jest to, że jest to stosunkowo prosty system, mówi Textor. Często trzeba znaleźć konkretne rozwiązanie dla konkretnego podłoża. Ale to uniwersalny klej, który działa na wielu różnych powierzchniach.
Nowy klej umożliwi łatwe i niedrogie pokrycie prawie każdego przedmiotu fornirem z metalu lub innym funkcjonalnym materiałem, w tym materiałami, które chronią przedmioty przed bakteriami lub pobudzają wzrost określonych typów komórek. Powłoki byłyby na tyle cienkie, że nie zmieniałyby kształtu przedmiotu pod spodem; Messersmith mówi, że instrument chirurgiczny można pokryć powłoką antybakteryjną bez uszczerbku dla jego wydajności. Jednym z zastosowań, które badali badacze z Northwestern, są filtry do wody, które wykorzystują maleńkie granulki pokryte klejem. Gdy woda przepływa przez cylinder pełen peletek, klej wyciąga z wody toksyczne metale, wiążąc się z nimi.
Naukowcy wykazali również, że klej można wyrzeźbić w skomplikowane wzory za pomocą konwencjonalnej mikrolitografii. Jeśli taki wzór zostanie przemyty roztworem zawierającym sole metali, metal przyklei się tylko do kleju. Może to być sposób na drukowanie obwodów elektronicznych na prawie każdym obiekcie. Osadzone na elastycznym podłożu, takie obwody mogą być przydatne w przypadku elastycznych wyświetlaczy. Zdolność do tworzenia mikroskopijnych wzorów materiałów organicznych może być również przydatna dla biologów. Naukowcy z Northwestern wykazali, że możliwe jest stworzenie powłok, które wiążą się z określonym rodzajem kwasu ważnego dla wzrostu naczyń krwionośnych i różnicowania komórek macierzystych. Możliwość osadzania precyzyjnych wzorów tego i innych materiałów organicznych może ułatwić budowanie urządzeń mikroprzepływowych, które pomogą wyjaśnić mechanizmy biologiczne.
Multimedia
Obserwuj, jak woda przylega do powierzchni pokrytej nowym klejem.
Zobacz, jak nowy klej tworzy wodoodporny materiał.
Aby opracować nowy klej, naukowcy zbadali składniki chemiczne białka w kleju omułka, identyfikując ważne funkcjonalne grupy chemiczne. We wcześniejszych pracach zrobili klej na bazie jednej z tych grup. (Patrz Nanoglue Sticks Underwater.) Ale powstały klej działał tylko z materiałami nieorganicznymi i był trudny do wykonania. Nowy klej zawiera dwie grupy chemiczne występujące w kleju do małży, a nie tylko jedną. Połączenie pozwala klejowi wiązać się zarówno z materiałami organicznymi, jak i nieorganicznymi. Co więcej, nowy klej jest łatwo dostępny. Naukowcy zauważyli, że dwie grupy chemiczne, aminy i katechole, znajdują się w dopaminie, związku najlepiej znanym jako neuroprzekaźnik. Przy odpowiednim poziomie pH dopamina samoorganizuje się w łańcuchy polimerowe, tworząc cienkie warstwy kleju. Jest również sprzedawany komercyjnie i jest niedrogi.
Klej, który jest opisany w bieżącym numerze Nauka , już wzbudza zainteresowanie innych badaczy. Na przykład, Mikołaj Kotow , profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan, zamierza wykorzystać go do wytwarzania materiałów termoelektrycznych – materiałów, które bezpośrednio przekształcają ciepło w energię elektryczną. Takie materiały muszą dobrze przewodzić prąd, ale źle się nagrzewać. Kotov mówi, że możliwe jest wykorzystanie kleju do wiązania materiałów przewodzących prąd elektryczny, takich jak nanorurki węglowe. Sam klej mógłby służyć jako warstwa termoizolacyjna, mówi.
Inny badacz, Herbert Waite , profesor biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara, uważa pracę Messersmitha za bardzo interesującą. Zauważa jednak pewne ograniczenia, które można było przekroczyć poprzez dalsze badania małży, które służyły jako inspiracja dla kleju. Klej Messersmith może być nakładany tylko w warunkach, w których stężenie dopaminy i pH są ściśle utrzymywane. Idealnie, mówi Waite, fajnie byłoby mieć klej, który podobnie jak małża można nakładać na dowolne podłoże, nawet w wodzie, bez zewnętrznej kontroli parametrów środowiskowych.