Инженеры из Университета Тафтса представили новый тип клея Silklab, который они создали, вдохновившись ракушками и мидиями. Это мощный нетоксичный клей, который схватывается и работает под водой и в сухих средах.
Ученые использовали волокнистый протеин шелка от шелкопряда, чтобы воспроизвести ключевые характеристики клея ракушек и мидий, включая белковые нити, химическое сшивание и связывание железом.
Получившийся клей оказался более прочным, чем большинство синтетических аналогов, представленных на рынке.
Авторы разработки говорят, что клей достигает такой прочности с гораздо меньшими количествами материала. Поскольку материал изготовлен из извлеченных биологических источников, а химический состав является безвредным, то он также может иметь преимущества в производстве.
Исследователи заметили, что мидии выделяют длинные липкие нити, называемые биссусом. Эти выделения образуют полимеры, которые внедряются в поверхности и химически сшиваются для усиления связи. Белковые полимеры состоят из длинных цепочек аминокислот, включая одну аминокислоту, дигидроксифенилаланин (ДОФА), несущую катехин, которая может сшиваться с другими цепями. Мидии также содержат комплексы железа, которые усиливают сцепляющую способность биссуса.
Моллюски выделяют прочные белковые соединения, которые превращаются в полимеры, закрепляющиеся на поверхностях. Аминокислотные цепи белков при этом как бы складываются в листы, располагаясь зигзагообразно. Это обеспечивает множество возможностей для образования прочных водородных связей со следующим белком в полимере или с поверхностью.
Команда решила использовать белок фиброина шелка, извлеченного из кокона тутовых шелкопрядов. Фиброин шелка имеет много общих форм и характеристик связывания с белками цемента ракушечника, включая способность складываться в листы. Исследователи добавили полидофамин — случайный полимер дофамина, который имеет сшивающие катехолы по всей длине подобно тому, как мидии используют для сшивания свои связывающие волокна. Клей отвердили с помощью хлорида железа, который обеспечивает сцепление катехинов, как это происходит в природных клеях мидий.
В итоге получился клей, который под микроскопом выглядит как его естественный аналог.
Клей схватывается и работает под водой, достигая прочности 2,4 МПа при сопротивлении. Это лучше, чем у большинства существующих экспериментальных и коммерческих клеев, и лишь немного меньше, чем у самого прочного подводного клея с 2,8 МПа. Однако новый тип клея нетоксичен, состоит из полностью натуральных материалов и требует всего 1-2 мг на квадратный дюйм для достижения такого сцепления — это всего несколько капель.
