Un tanque de agua lleno de invertebrados del tamaño de una moneda puede no ser lo primero que esperaría ver en un laboratorio de investigación de ciencia e ingeniería de materiales.

Pero Eli Sone, profesor en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales en la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto y el Instituto de Ingeniería Biomédica, y su equipo han estado estudiando los mejillones cebra y quagga durante años con la esperanza de que puede ayudar a resolver una amplia gama de desafíos.

"Hay un ángulo de la ciencia de los materiales, pero también hay un ángulo biomédico", dice Sone. "Por un lado, estos mejillones son un problema en términos de lo que llamamos bioincrustaciones, por lo que estamos buscando diseñar materiales o recubrimientos para evitar que obstruyan las tuberías de entrada de agua, por ejemplo".

"Pero, por otro lado, si entendemos por qué se pegan tan bien, eso podría ayudarnos a diseñar cosas como pegamentos biodegradables no tóxicos, que podrían ofrecer una alternativa a los puntos internos para cirugía o aplicaciones de administración de fármacos localizada".

Los mejillones cebra y quagga son nativos de los lagos y ríos del sur de Rusia y Ucrania. Llegaron a los Grandes Lagos de América del Norte en la década de 1980, probablemente haciendo autostop en el agua de lastre de los barcos que partieron de Europa.

Desde entonces, se han vuelto invasivos en muchas vías fluviales de América del Norte, desplazando a las especies nativas de mejillones y ensuciando barcos, tuberías de toma de agua y otras infraestructuras.

El último estudio del equipo, publicado recientemente en Scientific Reports , describe nuevas técnicas para medir la adherencia de los mejillones cebra y quagga a varias superficies.

"Uno de los desafíos es cuán pequeños son estos mejillones en comparación con otras especies", dice Bryan James, ex alumno de Ingeniería de la U of T, quien trabajó en el proyecto como parte de su tesis de pregrado y ahora es un becario postdoctoral en Woods Hole Oceanographic. Institución en Woods Hole, Massachusetts.

"Los hilos que utilizan para adherirse a las superficies tienen solo unos pocos milímetros de largo y son tan delgados como un cabello humano. No se pueden colocar en un aparato tradicional para probar la resistencia a la tracción".

La solución improvisada del equipo involucró un par de pinzas de punta fina y de cierre automático, una cámara digital y un dinamómetro. Con estos, pudieron medir cuánta fuerza se requería para romper el pegamento a base de proteínas que secretan los mejillones.

El equipo descubrió que los mejillones se adherían con más fuerza al vidrio que a los plásticos como el PVC o el PDMS. Esto era de esperar, ya que el vidrio es un material hidrófilo (que atrae el agua) similar a las rocas que los mejillones utilizan como sustrato en la naturaleza. El PDMS, por otro lado, repele el agua y, a menudo, se aplica a los cascos de los barcos para evitar la bioincrustación.

Pero también hubo algunas sorpresas.

"La magnitud real de estos valores fue comparable, o en algunos casos mayor, a los valores informados para otras especies de mejillones", dice James. "Esto sugiere que bien puede haber algo especial en el pegamento que han desarrollado".

Una vez que se separaron los hilos, el equipo escaneó el pegamento que quedaba en las superficies mediante microscopía electrónica.

"En algunas superficies, encontramos que quedaba un residuo de proteína delgado después del desprendimiento", dice Kenny Kimmins, un doctorado actual. estudiante en el laboratorio de Sone.

"Esto demuestra que las proteínas en la interfaz interactúan muy fuertemente con estas superficies incluso en condiciones húmedas, lo que la mayoría de los adhesivos sintéticos no pueden hacer".

Sone y su equipo continúan con su investigación en el área, trabajando con el profesor asociado Ben Hatton en nuevos tipos de superficies para evitar el ensuciamiento de la infraestructura crítica.

"En este momento, las personas a menudo usan tratamientos químicos para eliminar los mejillones", dice Sone. "Eso funciona, pero también mata todo lo que está cerca. Tener superficies que son naturalmente difíciles de adherir a los mejillones podría ofrecer una opción más sostenible desde el punto de vista ambiental".

El equipo también está analizando los pegamentos producidos por mejillones cebra y quagga, con el objetivo de imitarlos en adhesivos biomédicos.

"La naturaleza nos ha adelantado unos millones de años en términos de diseño de adhesivos de alto rendimiento que son resistentes incluso cuando están mojados", dice Sone. "Si podemos aprender de eso, podremos encontrar mejores soluciones que las que tenemos ahora".