Un serbatoio d'acqua pieno di invertebrati delle dimensioni di una moneta potrebbe non essere la prima cosa che ti aspetteresti di vedere in un laboratorio di ricerca scientifica e ingegneristica dei materiali.

Ma Eli Sone, professore nel dipartimento di scienza dei materiali e ingegneria presso la Facoltà di scienze applicate e ingegneria dell'Università di Toronto e l'Istituto di ingegneria biomedica, e il suo team hanno studiato per anni sia cozze zebra che quagga nella speranza che può aiutare a risolvere una vasta gamma di sfide.

"C'è un punto di vista della scienza dei materiali, ma c'è anche un punto di vista biomedico", afferma Sone. "Da un lato, queste cozze sono un problema in termini di ciò che chiamiamo biofouling, quindi stiamo cercando di progettare materiali o rivestimenti per evitare che ostruiscano i tubi di aspirazione dell'acqua, ad esempio."

"Ma d'altra parte, se capiamo perché si attaccano così bene, ciò potrebbe aiutarci a progettare cose come colle biodegradabili non tossiche, che potrebbero offrire un'alternativa ai punti interni per la chirurgia o applicazioni di somministrazione localizzata di farmaci".

Le cozze zebra e quagga sono originarie dei laghi e dei fiumi della Russia meridionale e dell'Ucraina. Sono arrivati ​​nei Grandi Laghi del Nord America negli anni '80, probabilmente facendo l'autostop nelle acque di zavorra delle navi in ​​partenza dall'Europa.

Da allora sono diventati invasivi in ​​molti corsi d'acqua nordamericani, soppiantando specie di cozze autoctone e incrostando barche, tubi di aspirazione dell'acqua e altre infrastrutture.

L'ultimo studio del team, recentemente pubblicato in Rapporti scientifici , delinea nuove tecniche per misurare l'adesione di cozze zebra e quagga a varie superfici.

"Una delle sfide è quanto siano piccole queste cozze rispetto ad altre specie", afferma Bryan James, alumnus di T Engineering, che ha lavorato al progetto come parte della sua tesi di laurea ed è ora uno studioso post-dottorato presso il Woods Hole Oceanographic Istituzione a Woods Hole, Mass.

"I fili che usano per attaccarsi alle superfici sono lunghi solo pochi millimetri e sottili come un capello umano. Non puoi metterli in un apparato tradizionale per testare la resistenza alla trazione."

La soluzione improvvisata del team prevedeva un paio di pinzette a punta fine a chiusura automatica, una fotocamera digitale e un dinamometro. Con questi, sono stati in grado di misurare quanta forza era necessaria per rompere la colla proteica che le cozze secernono.

Il team ha scoperto che le cozze aderivano più fortemente al vetro rispetto a plastica come il PVC o il PDMS. Ciò era previsto, poiché il vetro è un materiale idrofilo (che attira l'acqua) simile alle rocce che le cozze usano come substrati in natura. Il PDMS, d'altra parte, respinge l'acqua e viene spesso applicato agli scafi delle barche per prevenire il biofouling.

Ma ci sono state anche delle sorprese.

"L'entità effettiva di questi valori era paragonabile, o in alcuni casi maggiore, ai valori riportati per altre specie di cozze", afferma James. "Questo suggerisce che potrebbe esserci qualcosa di speciale nella colla che hanno sviluppato."

Dopo che i fili sono stati staccati, il team ha scansionato la colla lasciata sulle superfici utilizzando la microscopia elettronica.

"Su alcune superfici abbiamo scoperto che un sottile residuo proteico è stato lasciato dopo il distacco", afferma Kenny Kimmins, un attuale dottorato di ricerca. studente nel laboratorio di Sone.

"Questo dimostra che le proteine ​​all'interfaccia interagiscono molto fortemente con queste superfici anche in condizioni di bagnato, cosa che la maggior parte degli adesivi sintetici non è in grado di fare."

Sone e il suo team stanno continuando le loro ricerche nell'area, collaborando con il Professore Associato Ben Hatton su nuovi tipi di superfici per prevenire l'incrostazione di infrastrutture critiche.

"In questo momento, le persone usano spesso un trattamento chimico per rimuovere le cozze", afferma Sone. "Funziona, ma uccide anche tutto il resto nelle vicinanze. Avere superfici a cui le cozze sono naturalmente difficili da attaccare potrebbe offrire un'opzione più ecosostenibile."

Il team sta anche analizzando le colle prodotte dalle cozze zebra e quagga, con l'obiettivo di imitarle negli adesivi biomedici.

"La natura ha avuto qualche milione di anni di vantaggio su di noi in termini di progettazione di adesivi ad alte prestazioni che sono resilienti anche quando sono bagnati", afferma Sone. "Se possiamo imparare da questo, potremmo essere in grado di trovare soluzioni migliori di quelle che abbiamo in questo momento".