Si alguna vez ha intentado picar un mejillón de un malecón o un percebe del fondo de un barco, comprenderá que podríamos aprender mucho de la naturaleza sobre cómo fabricar adhesivos potentes. Los ingenieros de la Universidad de Tufts han tomado nota, y hoy informan sobre un nuevo tipo de pegamento inspirado en esos crustáceos obstinadamente adherentes en la revista Ciencia avanzada .

Comenzando con la proteína de seda fibrosa extraída de los gusanos de seda, pudieron replicar las características clave del percebe y el pegamento de mejillones, incluidos los filamentos de proteínas, reticulación química y unión de hierro. El resultado es un poderoso pegamento no tóxico que se fija y funciona tan bien bajo el agua como en condiciones secas y es más fuerte que la mayoría de los productos de pegamento sintético actualmente en el mercado.

"El composite que creamos no solo funciona mejor bajo el agua que la mayoría de los adhesivos disponibles en la actualidad, logra esa resistencia con cantidades mucho más pequeñas de material, "dijo Fiorenzo Omenetto, Frank C.Doble Profesor de Ingeniería en Tufts School of Engineering, director del Tufts Silklab donde se creó el material, y autor correspondiente del estudio. "Y debido a que el material está hecho de fuentes biológicas extraídas, y los productos químicos son benignos, extraídos de la naturaleza y evitando en gran medida los pasos sintéticos o el uso de disolventes volátiles, también podría tener ventajas en la fabricación ".

El "equipo de pegamento" de Silklab se centró en varios elementos clave para reproducir en adhesivos acuáticos. Los mejillones segregan filamentos largos y pegajosos llamados biso. Estas secreciones forman polímeros, que se incrustan en superficies, y reticular químicamente para fortalecer el enlace. Los polímeros de proteínas están formados por largas cadenas de aminoácidos, incluido uno, dihidroxifenilalanina (DOPA), un aminoácido portador de catecol que puede reticularse con las otras cadenas. Los mejillones añaden otro ingrediente especial, complejos de hierro, que refuerzan la fuerza cohesiva del biso.

Los percebes secretan un cemento fuerte hecho de proteínas que se forman en polímeros que se anclan en las superficies. Las proteínas de los polímeros de cemento de percebe pliegan sus cadenas de aminoácidos en láminas beta, una disposición en zig-zag que presenta superficies planas y muchas oportunidades para formar enlaces de hidrógeno fuertes con la siguiente proteína del polímero. oa la superficie a la que se une el filamento de polímero.

Inspirado por todos estos trucos de enlaces moleculares utilizados por la naturaleza, El equipo de Omenetto se puso a trabajar para replicarlos, y aprovechando su experiencia con la química de la proteína de fibroína de seda extraída del capullo de los gusanos de seda. La fibroína de seda comparte muchas de las características de forma y unión de las proteínas del cemento de percebe, incluida la capacidad de ensamblar grandes superficies de láminas beta. Los investigadores agregaron polidopamina, un polímero aleatorio de dopamina que presenta catecoles entrecruzados a lo largo de su longitud. al igual que los mejillones utilizan para entrecruzar sus filamentos de unión. Finalmente, la fuerza de adhesión se mejora significativamente curando el adhesivo con cloruro de hierro, que asegura lazos entre los catecoles, al igual que lo hacen con los adhesivos naturales para mejillones.

"La combinación de fibroína de seda, la polidopamina y el hierro reúnen la misma jerarquía de unión y reticulación que hace que estos adhesivos de percebe y mejillón sean tan fuertes, "dijo Marco Lo Presti, becario postdoctoral en el laboratorio de Omenetto y primer autor del estudio. "Terminamos con un adhesivo que incluso se parece a su contraparte natural bajo el microscopio".

Obtener la mezcla adecuada de fibroína de seda, polidopamina, y las condiciones ácidas de curado con iones de hierro fueron críticas para permitir que el adhesivo se fijara y trabajara bajo el agua, alcanzando resistencias de 2.4 MPa (megapascales; aproximadamente 350 libras por pulgada cuadrada) al resistir fuerzas de corte. Eso es mejor que la mayoría de los adhesivos experimentales y comerciales existentes, y solo un poco más bajo que el adhesivo subacuático más fuerte a 2.8 MPa. Sin embargo, este adhesivo tiene la ventaja adicional de no ser tóxico, compuesto de materiales totalmente naturales, y requiere solo 1-2 mg por pulgada cuadrada para lograr esa unión, eso es solo unas pocas gotas.

"La combinación de seguridad probable, uso conservador del material, y una resistencia superior sugiere una utilidad potencial para muchas aplicaciones industriales y marinas e incluso podría ser adecuado para el consumidor, como la construcción de modelos y el uso doméstico, "dijo el profesor Gianluca Farinola, colaborador del estudio de la Universidad de Bari Aldo Moro, y profesor adjunto de Ingeniería Biomédica en Tufts. "El hecho de que ya hayamos utilizado la fibroína de seda como material biocompatible para uso médico nos está llevando a explorar esas aplicaciones también, "agregó Omenetto.