Nuevo pegamento en húmedo inspirado en criatura marina

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gusano castillo de arena (Phragmatopoma californica)

Gusanos castillos de arena sirven como inspiración para un nuevo tipo de adhesivo subacuático que está siendo desarrollado

Un grupo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara (USCB) ha dado pasos en el desarrollo de un adhesivo subacuático que tiene potencial para una variedad de aplicaciones biomédicas y biológicas. Áreas tales como la reparación de tejidos, adhesivos dentales y otras aplicaciones en las que a menudo se requiere adhesión de superficies en condiciones adversas, tales como agua de mar salada y en soluciones acuosas que contienen impurezas orgánicas, podrían beneficiarse de este pegamento que replica la estrategia de adhesión del gusano castillo de arena (Phragmatopoma californica), un invertebrado marino segmentado que se encuentra comúnmente a lo largo de la costa de California.

Conocido por la construcción de refugios, en colonias similares a colmenas, formados por granos de arena pegados entre sí mediante un adhesivo de proteínas, los gusanos castillo de arena, junto con los mejillones y otros habitantes de la zona intermareal secretores de pegamento, han servido de inspiración para los científicos e ingenieros que buscan desarrollar un adhesivo que pueda funcionar en condiciones de humedad y, por otra parte, pueda ser sumergido en ambientes inhóspitos.

"Los gusanos castillo de arena secretan un fuerte adhesivo subacuático para construir un arrecife de tubo (castillo de arena) en duros ambientes intermareales, donde el viento y la velocidad de las olas a menudo superan los 25 metros por segundo", dijo Kollbe Ahn, un científico del proyecto en el Instituto de Ciencias Marinas de la UCSB y co-autor de un artículo sobre esta investigación que aparece en Nature Materials. "Hemos replicado con éxito la fuerte adhesión en contacto húmedo con adherencia bioquímica nanoscópica y estructuras porosas miroscópicas", agregó Ahn.

pegamento submarino del gusano castillo de arena

Mientras adhesivos húmedos han sido objeto de investigación y desarrollo durante años, todavía tienen que acercarse a la actuación de las sustancias naturales en términos de adherencia y la rapidez con que se produce el proceso de adhesión. De hecho, los adhesivos subacuáticos sintéticos típicamente requieren un procesamiento y funcionalización complejos, añadiendo varios pasos a lo que idealmente debe ser un proceso simple.

"A partir de perspectivas prácticas, un procesamiento sencillo ahorra tiempo y mano de obra y, en última instancia, reduce los costos", dijo el científico de materiales de la UCSB y autor principal Qiang Zhao. El pegamento inspirado en el gusano castillo de arena es particularmente notable, dijo, porque a través de un fenómeno llamado intercambio de disolvente, la adhesión se vuelve un poco más ágil.

"El procesamiento de este pegamento húmedo no necesita secarse antes de la inmersión o aplicar la presión de compresión que normalmente se requiere en los estudios convencionales", continuó Zhao. La cola sintética también promueve la adhesión entre una variedad de superficies, incluyendo plásticos, vidrios, metales, madera y tejidos biológicos.

pegamento submarino, procesos

Además, la microarquitectura resultante de la cola sintética, que imita la estructura porosa del adhesivo del gusano castillo de arena, lo hace más resistente a la fisuración.

"Estructuras porosas o estructuras celulares, son muy abundantes en la naturaleza, como en el corcho, los huesos y el coral, y se encuentran para aumentar la energía de fractura de estos materiales", dijo Zhao. "Aquí, en el contexto de la adhesión en húmedo, se encontró que la porosidad era una reminiscencia de las estructuras porosas del pegamento del gusano castillo de arena, y mejoró significativamente la adhesión en húmedo".

Jacob Israelachvili, Qiang Zhao y Kollbe AhnEste desarrollo es el último esfuerzo en la UCSB para formular un adhesivo que trabaje en condiciones de humedad y especialmente adversas, y podría conducir a una variedad de aplicaciones, tales como la adhesión dental y la reparación de los tejidos, la piel, los huesos y las membranas que están rodeados por fluidos corporales. Además, también podrían beneficiarse de esta tecnología las aplicaciones industriales y comerciales que requieren adherencia en ambientes húmedos.

A través de estudios de mejillones y gusanos castillo de arena, los investigadores esperan crear y optimizar un adhesivo que no sólo seque rápidamente y se comporte bien bajo una variedad de condiciones y en diversas superficies, sino que también elimine la necesidad de disolventes orgánicos, lo que resulta en un proceso de adherencia más amigable ambientalmente.

Artículo científico: Underwater contact adhesion and microarchitecture in polyelectrolyte complexes actuated by solvent exchange

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