Un minuscolo verme dalle setole, guizzando intorno all'oceano, può estendere la mascella fuori dalla bocca per intrappolare la preda. La mascella mutaforma del verme, rigido alla base e flessibile alla fine, è costituito da un unico materiale contenente il minerale zinco e l'aminoacido istidina, che insieme governano il comportamento meccanico del giunto attraverso la cosiddetta chimica di coordinazione dei metalli.

Scienziati come LaShanda Korley, Illustre Professore Associato di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Ingegneria Chimica e Biomolecolare presso l'Università del Delaware, vogliono ricreare queste chimiche e costruire strutture simili in materiali sintetici. Facendo così, possono sviluppare nuovi, materiali migliorati per l'uso nei sensori, applicazioni sanitarie, e altro ancora. Chimiche come queste sono onnipresenti in natura. L'interazione ferro-proteina nel sangue umano, Per esempio, può essere un determinante della malattia.

In un articolo pubblicato nell'edizione di luglio 2019 del European Polymer Journal , Korley, affiancato dallo studente di dottorato in scienze dei materiali e ingegneria Chase Thompson e dall'associato post-dottorato Sourav Chatterjee, descritto come hanno costruito una rete di materiali, in zinco e polimeri, che imitava il gradiente meccanico della mascella di un verme.

Questo progetto, il culmine di oltre cinque anni di lavoro, è stato finanziato da una sovvenzione della National Science Foundation. L'obiettivo è utilizzare i sistemi di materiali naturali per capire come controllare l'interazione delle caratteristiche strutturali, soprattutto proprietà meccaniche, combinando strutture dinamiche e permanenti, disse Korley.

"L'idea è:puoi mettere insieme due cose che non si piacciono molto e utilizzare questa idea di dinamica come un modo per controllare come l'energia viene rilasciata nel sistema, che è legato al comportamento meccanico?" ha detto.

Il team ha imitato l'architettura del sistema della mascella del verme setola aggiungendo un polimero supramolecolare coordinato allo zinco in una rete di glicole polietilenico reticolato covalentemente. Con le giuste concentrazioni, hanno scoperto che potevano governare le proprietà meccaniche del materiale. "La rete permanente che usiamo per ospitare queste interazioni dinamiche è una buona piattaforma per ottenere queste strutture a gradiente, " disse Thompson. Poi, ha in programma di studiare modi per influenzare la memoria di forma e altre proprietà di questi materiali.

Korley utilizza l'ispirazione della natura per progettare una varietà di materiali. È la principale ricercatrice di PIRE:Bio-Inspired Materials and Systems, un quinquennio, Sovvenzione di 5,5 milioni di dollari dalla National Science Foundation.

Attraverso questo progetto, Korley e collaboratori della Case Western Reserve University, l'Università della California, San Diego, l'Università di Chicago, L'Università di Friburgo in Svizzera e l'Università di Strathclyde nel Regno Unito stanno studiando e sviluppando materiali che possono cambiare la resistenza in risposta al loro ambiente, sono impianti biologici più sicuri ed efficaci, trasmettere segnali elettrici nervosi, e può rispondere all'ambiente per avviare processi biologici, tutto per l'uso in applicazioni robotiche morbide.

Per esempio, i ricercatori stanno studiando modi per realizzare materiali resistenti come la seta di ragno e materiali che cambiano forma in risposta all'umidità, come pigne, che si aprono in condizioni asciutte e si chiudono in condizioni umide. Stanno anche utilizzando le proprietà uniche dei materiali che scoprono per sviluppare nuovi materiali stampati in 3D.

Lo studio dei materiali morbidi e dei polimeri, a lungo una forza in UD, sta crescendo, in parte grazie all'esperienza di Korley. Korley e Thomas H. Epps, III, il professore senior di sviluppo della carriera di Thomas e Kipp Gutshall in ingegneria chimica e biomolecolare e scienza e ingegneria dei materiali, hanno anche costituito un nuovo centro di ricerca, il Centro di ricerca in materia morbida e polimeri (CRISP). Korley ed Epps stanno collaborando con i ricercatori di Chemours e hanno recentemente pubblicato un articolo di revisione sulle relazioni struttura-proprietà nei rivestimenti superficiali polimerici sulla rivista ACS Applied Polymer Materials.

L'impresa di ricerca di Korley prevede anche la divulgazione di studenti universitari, che possono trarre grandi benefici dall'esperienza di ricerca che completa il loro lavoro in classe.

"La ricerca ti offre una piattaforma per prendere quella formazione fondamentale dall'aula ed essere in grado di applicarla a un problema, " ha detto. "In laboratorio, gli studenti imparano a pensare attraverso i problemi, esporre e comunicare il proprio lavoro, ed essere leader e giocatori di squadra. Abbiamo tutti questi aspetti nei nostri corsi, ma penso che ci sia un modo olistico in cui la ricerca universitaria può formare gli studenti a farlo".

Korley è ugualmente appassionata delle attività di sensibilizzazione che introducono le ragazze del liceo alla scienza e all'ingegneria. Gli studenti del suo laboratorio sono stati coinvolti nel tutoraggio presso la Serviam Girls Academy di New Castle, Delaware.

"La cosa più grande per me è avere un impatto, essere collaborativo, per interagire realmente con la comunità più ampia, " ha detto. "Questo è importante per me."