Se hai mai provato a staccare una cozza da una diga o un cirripede dal fondo di una barca, capirai che potremmo imparare molto dalla natura su come creare adesivi potenti. Gli ingegneri della Tufts University hanno preso atto, e oggi riporto sulla rivista un nuovo tipo di colla ispirata a quei crostacei ostinatamente aderenti Scienze avanzate .

A partire dalla proteina fibrosa della seta raccolta dai bachi da seta, sono stati in grado di replicare le caratteristiche chiave della colla di cirripedi e cozze, compresi i filamenti proteici, reticolazione chimica e legame ferroso. Il risultato è una potente colla non tossica che si fissa e funziona sia sott'acqua che in condizioni asciutte ed è più forte della maggior parte delle colle sintetiche attualmente sul mercato.

"Il composito che abbiamo creato funziona non solo sott'acqua meglio della maggior parte degli adesivi disponibili oggi, raggiunge quella forza con quantità molto più piccole di materiale, " disse Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble Professore di Ingegneria presso la Tufts School of Engineering, direttore del Tufts Silklab dove è stato creato il materiale, e corrispondente autore dello studio. "E poiché il materiale è costituito da fonti biologiche estratte, e le sostanze chimiche sono benigne, tratte dalla natura ed evitando in gran parte passaggi sintetici o l'uso di solventi volatili, potrebbe avere vantaggi anche nella produzione".

La "collaborazione" di Silklab si è concentrata su diversi elementi chiave da replicare negli adesivi acquatici. Le cozze secernono lunghi filamenti appiccicosi chiamati bisso. Queste secrezioni formano polimeri, che si incastrano nelle superfici, e reticolazione chimica per rafforzare il legame. I polimeri proteici sono costituiti da lunghe catene di amminoacidi di cui uno, diidrossifenilalanina (DOPA), un amminoacido catecolo che può reticolare con le altre catene. Le cozze aggiungono un altro ingrediente speciale, i complessi di ferro, che rafforzano la forza coesiva del bisso.

I cirripedi secernono un forte cemento fatto di proteine ​​che si formano in polimeri che si ancorano alle superfici. Le proteine ​​nei polimeri di cemento cirripedi piegano le loro catene di amminoacidi in fogli beta, una disposizione a zig-zag che presenta superfici piatte e molte opportunità per formare forti legami idrogeno con la successiva proteina nel polimero, o alla superficie a cui si attacca il filamento polimerico.

Ispirato da tutti questi trucchi di legame molecolare usati dalla natura, Il team di Omenetto si è messo al lavoro per replicarli, e attingendo alla loro esperienza con la chimica della proteina fibroina della seta estratta dal bozzolo dei bachi da seta. La fibroina di seta condivide molte delle caratteristiche di forma e legame delle proteine ​​del cemento di cirripede, inclusa la capacità di assemblare grandi superfici di fogli beta. I ricercatori hanno aggiunto polidopamina, un polimero casuale di dopamina che presenta catecoli reticolati lungo la sua lunghezza, proprio come le cozze usano per reticolare i loro filamenti di legame. Finalmente, la forza di adesione è notevolmente migliorata polimerizzando l'adesivo con cloruro di ferro, che assicura legami tra i catecoli, proprio come fanno negli adesivi naturali di cozze.

"La combinazione di fibroina di seta, la polidopamina e il ferro riuniscono la stessa gerarchia di legame e reticolazione che rende questi adesivi per cirripedi e cozze così forti, " ha detto Marco Lo Presti, borsista post-dottorato nel laboratorio di Omenetto e primo autore dello studio. "Abbiamo ottenuto un adesivo che al microscopio sembra persino la sua controparte naturale".

Ottenere la giusta miscela di fibroina di seta, polidopamina, e le condizioni acide di polimerizzazione con ioni di ferro erano fondamentali per consentire all'adesivo di indurire e lavorare sott'acqua, raggiungendo resistenze di 2,4 MPa (megapascal; circa 350 libbre per pollice quadrato) quando si resiste alle forze di taglio. È meglio della maggior parte degli adesivi sperimentali e commerciali esistenti, e solo leggermente inferiore al più forte adesivo subacqueo a 2,8 MPa. Eppure questo adesivo ha il vantaggio di non essere tossico, composto da materiali completamente naturali, e richiede solo 1-2 mg per pollice quadrato per ottenere quel legame, sono solo poche gocce.

"La combinazione di probabile sicurezza, uso conservativo del materiale, e la forza superiore suggerisce una potenziale utilità per molte applicazioni industriali e marine e potrebbe anche essere adatto per l'orientamento al consumatore come la costruzione di modelli e l'uso domestico, " ha detto il Prof. Gianluca Farinola, collaboratore allo studio dell'Università degli Studi di Bari Aldo Moro, e professore a contratto di ingegneria biomedica presso Tufts. "Il fatto che abbiamo già utilizzato la fibroina di seta come materiale biocompatibile per uso medico ci sta portando a esplorare anche queste applicazioni, "aggiunse Omenetto.