En un paso importante hacia la creación de un pegamento subacuático práctico, los investigadores de UC Santa Barbara han diseñado un material sintético que combina las funcionalidades clave de las proteínas de pie de mejillón interfacial, creando un adhesivo único, de bajo peso molecular y un componente.
Sus hallazgos aparecen en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Hemos imitado con éxito el mecanismo de suministro de adhesivo biológico en el agua con un nivel sin precedentes de adhesión bajo el agua", dijo el miembro de la facultad de investigación de UCSB Kollbe Ahn, autor principal del artículo. Una imprimación adhesiva que puede superar la barrera del agua y la biopelícula contaminante ""Las capas que se adhieren a prácticamente cualquier superficie de óxido mineral o metálico tiene una variedad de aplicaciones, desde la reparación básica de materiales expuestos regularmente al agua salada, hasta usos biomédicos y dentales, así como la nanofabricación".
"Lo que es más importante, esta capa de menos de 2 nanómetros de espesor se puede usar no solo en la escala de nano longitud, sino también en la escala de macro longitud para aumentar el rendimiento de los adhesivos a granel actuales", agregó Ahn.
Inspirado por la capacidad de los mejillones para aferrarse a las superficies a pesar de los constantes golpes de las olas y el viento, el grupo interdisciplinario de científicos estudió la combinación de proteínas que los mejillones secretan en forma de hilos de byssus que se extienden desde sus pies y los anclan a rocas, piloteso cualquier otra superficie en su vecindad. El trabajo se basa en la investigación realizada por el profesor de la UCSB J. Herbert Waite, quien durante tres décadas ha investigado las estrategias de adhesión empleadas por los mejillones en la zona intermareal rocosa inhóspita. Mientras que la adhesión húmeda es una adaptación que está muy extendidaEntre los habitantes de la zona intermareal, dijo, los mejillones en particular se prestan al tipo de investigación fundamental necesaria para comprender cómo es posible adherirse a algo húmedo o sumergido.
"En realidad almacenan todo lo que usan para adherirse a la superficie en cantidades finitas que se pueden purificar y caracterizar", dijo Waite. "Eso debe hacerse antes de poder copiarlo".
Pero la ciencia ha luchado por emular la capacidad que los moluscos han desarrollado durante cientos de millones de años de evolución. Según Ahn, al menos parte de la razón de la dificultad ha sido la falta de una comprensión profunda y fundamental del mecanismo biológicoa nivel molecular, lo que lleva a adhesivos sintéticos que generalmente no han alcanzado la calidad de adhesión y que a menudo requieren un procesamiento y funcionalización complejos y poco prácticos.
Mientras colaboraba con colegas del Instituto de Tecnología Technion-Israel, el equipo de investigación de UCSB desarrolló un material menos complejo que, sin embargo, demuestra una adhesión récord de humedad alta o bajo el agua, hasta 10 veces la efectividad demostrada previamente en otros materiales.
La clave de esta tecnología es la síntesis de un material que combina los grupos moleculares funcionales clave de varios residuos encontrados en las proteínas de adhesión biológica. En los pies de mejillón, el aminoácido L-Dopa también utilizado en humanos como tratamiento para la enfermedad de Parkinson contiene grupos químicos que se unen al hidrógeno llamados catecoles, que se encuentran en cantidades especialmente altas en la interfaz entre las placas en los extremos de los hilos de byssus que secretan los mejillones y las superficies a menudo húmedas y sumergidas a las que se adhieren.de proteínas de pie de mejillón que son particularmente ricas en este aminoácido, Ahn y sus colegas diseñaron una molécula que puede cebar y fusionar dos superficies bajo el agua.
Hasta la fecha, los investigadores han estudiado las aplicaciones prácticas electrónicas y biomédicas de esta y otras familias de catecoles monomoleculares de capa autoensamblados y tienen tres patentes pendientes. Además, lanzaron NanoM Technologies, LLC para desarrollar aún más esta tecnología.
Las aplicaciones de este imprimador adhesivo catecólico son diversas. Se puede usar para imprimar o pegar superficies que regularmente entran en contacto con los elementos, o se puede agregar a los materiales para que se autoreparen en situaciones húmedas.
Además, dijo Ahn, las pequeñas moléculas de este adhesivo forman capas de pegamento ultradelgadas atómicamente lisas, que son particularmente prometedoras para la fabricación de dispositivos electrónicos a nanoescala, incluidos circuitos y componentes de baterías. El proceso de recubrimiento espontáneo, agregó, se basa en el autoensamblaje molecular en agua, sin la ayuda de productos químicos tóxicos, solventes orgánicos volátiles o insumos externos de energía como calor o luz, un proceso sostenible y respetuoso con el medio ambiente que satisface los requisitos de la disciplina emergente de la química verde.
"Este hallazgo abre la puerta a una nueva generación de nanofabricaciones", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Sonia Fernández. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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