I crostacei come le cozze e i cirripedi secernono proteine ​​molto appiccicose che li aiutano ad aggrapparsi alle rocce o agli scafi delle navi, anche sott'acqua. Ispirato da questi adesivi naturali, un team di ingegneri del MIT ha progettato nuovi materiali che potrebbero essere utilizzati per riparare navi o aiutare a guarire ferite e incisioni chirurgiche.

Per creare i loro nuovi adesivi impermeabili, i ricercatori del MIT hanno ingegnerizzato i batteri per produrre un materiale ibrido che incorpora proteine ​​di cozze naturalmente appiccicose e una proteina batterica che si trova nei biofilm, strati viscidi formati da batteri che crescono su una superficie. Quando combinato, queste proteine ​​formano adesivi subacquei ancora più forti di quelli secreti dalle cozze.

Questo progetto, descritto nel numero del 21 settembre della rivista Nanotecnologia della natura , rappresenta un nuovo tipo di approccio che può essere sfruttato per sintetizzare materiali biologici con più componenti, usando i batteri come piccole fabbriche.

"L'obiettivo finale per noi è creare una piattaforma in cui possiamo iniziare a costruire materiali che combinino più domini funzionali diversi e vedere se questo ci offre migliori prestazioni dei materiali, "dice Timothy Lu, professore associato di ingegneria biologica e ingegneria elettrica e informatica (EECS) e autore senior dell'articolo.

L'autore principale del documento è Chao Zhong, un ex postdoc del MIT che ora è alla ShanghaiTech University. Altri autori sono lo studente laureato Thomas Gurry, studente laureato Allen Cheng, l'anziano Jordan Downey, postdoc Zhengtao Deng, e Collin Stultz, un professore in EECS.

Adesivi complessi

La sostanza appiccicosa che aiuta le cozze ad attaccarsi alle superfici sottomarine è costituita da diverse proteine ​​note come proteine ​​del piede di cozza. "Molti organismi sottomarini devono essere in grado di attaccarsi alle cose, quindi producono tutti i tipi di diversi tipi di adesivi da cui potresti essere in grado di prendere in prestito, " dice Lu.

Gli scienziati hanno precedentemente progettato batteri E. coli per produrre singole proteine ​​del piede di cozza, ma questi materiali non catturano la complessità degli adesivi naturali, Lu dice. Nel nuovo studio, il team del MIT voleva ingegnerizzare i batteri per produrre due diverse proteine ​​del piede, combinato con proteine ​​batteriche chiamate fibre curli, proteine ​​​​fibrose che possono aggregarsi e assemblarsi in maglie molto più grandi e complesse.

Il team di Lu ha ingegnerizzato i batteri in modo da produrre proteine ​​costituite da fibre curli legate alla proteina 3 del piede di cozza o alla proteina 5 del piede di cozza. Dopo aver purificato queste proteine ​​dai batteri, i ricercatori li hanno lasciati incubare e formare densi, reti fibrose. Il materiale risultante ha una struttura regolare ma flessibile che si lega saldamente sia alle superfici asciutte che a quelle bagnate.

I ricercatori hanno testato gli adesivi utilizzando la microscopia a forza atomica, una tecnica che sonda la superficie di un campione con una punta minuscola. Hanno scoperto che gli adesivi si legavano fortemente alle punte fatte di tre materiali diversi:silice, oro, e polistirolo. Gli adesivi assemblati da quantità uguali di proteina 3 del piede di cozza e proteina 5 del piede di cozza hanno formato adesivi più forti di quelli con un rapporto diverso, o solo una delle due proteine ​​da sole.

Questi adesivi erano anche più forti degli adesivi di cozze naturali, e sono i più forti ispirati biologicamente, adesivi subacquei a base di proteine ​​segnalati fino ad oggi, dicono i ricercatori.

Maggiore forza adesiva

Utilizzando questa tecnica, i ricercatori possono produrre solo piccole quantità di adesivo, quindi ora stanno cercando di migliorare il processo e generare quantità maggiori. Hanno anche in programma di sperimentare con l'aggiunta di alcune delle altre proteine ​​del piede di cozza. "Stiamo cercando di capire se aggiungendo altre proteine ​​del piede di cozza, possiamo aumentare ancora di più la forza adesiva e migliorare la robustezza del materiale, " dice Lu.

Il team prevede anche di provare a creare "colle vive" costituite da pellicole di batteri che potrebbero rilevare danni a una superficie e quindi ripararla secernendo un adesivo.