Un gusano de cerdas diminuto, retorciéndose alrededor del océano, puede extender su mandíbula fuera de su boca para atrapar a su presa. La mandíbula cambiante del gusano, rígido en la base y flexible al final, está hecho de un material singular que contiene el mineral zinc y el aminoácido histidina, que en conjunto gobiernan el comportamiento mecánico de la articulación a través de lo que se conoce como química de coordinación de metales.

Científicos como LaShanda Korley, Profesor Asociado Distinguido de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad de Delaware, quieren recrear estas químicas y construir estructuras similares en materiales sintéticos. Al hacerlo, pueden desarrollar nuevos, materiales mejorados para su uso en sensores, aplicaciones sanitarias, y mucho más. Químicas como estas son de naturaleza ubicua. La interacción hierro-proteína en la sangre humana, por ejemplo, puede ser un factor determinante de la enfermedad.

En un artículo publicado en la edición de julio de 2019 de la Revista europea de polímeros , Korley, acompañado por el estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales Chase Thompson y el asociado postdoctoral Sourav Chatterjee, describió cómo construyeron una red de materiales, hecho de zinc y polímeros, que imitaba el gradiente mecánico de la mandíbula de un gusano de cerdas.

Este proyecto, la culminación de más de cinco años de trabajo, fue financiado por una subvención de la National Science Foundation. El objetivo es utilizar sistemas de materiales naturales para comprender cómo controlar la interacción de las características estructurales, especialmente propiedades mecánicas, mediante la combinación de estructuras dinámicas y permanentes, dijo Korley.

"La idea es:¿puedes unir dos cosas que realmente no se agradan entre sí y utilizar esta idea de dinámica como una forma de controlar cómo se libera la energía en el sistema? ¿Cuál está relacionado con el comportamiento mecánico? ", dijo.

El equipo imitó la arquitectura del sistema de la mandíbula del gusano de cerdas al agregar un polímero supramolecular coordinado con zinc en una red de polietilenglicol reticulado covalentemente. Con las concentraciones adecuadas, descubrieron que podían gobernar las propiedades mecánicas del material. "La red permanente que usamos para albergar estas interacciones dinámicas es una buena plataforma para lograr estas estructuras de gradiente, "dijo Thompson. A continuación, planea investigar formas de influir en la memoria de forma y otras propiedades de estos materiales.

Korley utiliza la inspiración de la naturaleza para diseñar una variedad de materiales. Es la investigadora principal de PIRE:Materiales y sistemas bioinspirados, un cinco años, Subvención de $ 5.5 millones de la National Science Foundation.

A través de este proyecto, Korley y colaboradores de Case Western Reserve University, la Universidad de California, San Diego, la Universidad de Chicago, La Universidad de Friburgo de Suiza y la Universidad de Strathclyde del Reino Unido están estudiando y desarrollando materiales que pueden cambiar la dureza en respuesta a su entorno. son implantes biológicos más seguros y eficaces, transmitir señales eléctricas similares a nervios, y puede responder al medio ambiente para iniciar procesos biológicos, todo para su uso en aplicaciones robóticas suaves.

Por ejemplo, Los investigadores están estudiando formas de fabricar materiales fuertes como la seda de araña y materiales que cambian de forma en respuesta a la humedad. como piñas, que se abren en condiciones secas y se cierran en condiciones húmedas. También están utilizando las propiedades únicas de los materiales que descubren para desarrollar nuevos materiales impresos en 3D.

El estudio de materiales blandos y polímeros, durante mucho tiempo una fuerza en UD, esta creciendo, en parte gracias a la experiencia de Korley. Korley y Thomas H. Epps, III, Thomas y Kipp Gutshall, profesor senior de desarrollo profesional en ingeniería química y biomolecular y ciencia e ingeniería de materiales, también han formado un nuevo centro de investigación, el Centro de Investigación en Materias Blandas y Polímeros (CRISP). Korley y Epps están colaborando con investigadores de Chemours y recientemente publicaron un artículo de revisión sobre relaciones estructura-propiedad en recubrimientos de superficies poliméricos en la revista ACS Applied Polymer Materials.

La empresa de investigación de Korley también implica el acercamiento a estudiantes de pregrado, que pueden beneficiarse enormemente de la experiencia de investigación que complementa su trabajo en el aula.

"La investigación le brinda una plataforma para tomar esa capacitación fundamental del aula y poder aplicarla a un problema, ", dijo." En el laboratorio, los estudiantes aprenden a pensar en los problemas, mostrar y comunicar su trabajo, y ser líderes y jugadores de equipo. Tenemos todos esos aspectos en nuestros cursos, pero creo que hay una forma holística en la que la investigación de pregrado puede capacitar a los estudiantes para hacer eso ".

A Korley le apasionan igualmente las actividades de divulgación que introducen a las niñas en la escuela secundaria a la ciencia y la ingeniería. Los estudiantes de su laboratorio han participado en tutorías en la Academia de Niñas Serviam en New Castle, Delaware.

"Lo más importante para mí es lograr un impacto, ser colaborativo, para realmente interactuar con la comunidad en general, "Ella dijo." Eso es importante para mí ".