Inspireret af snegle, forskere opfinder et reversibelt klæbemiddel, der er stærkt nok til at holde en person

Superlim er utrolig nyttigt - lige indtil du ender med at blive knyttet til dit håndværksprojekt. Men et nyt klæbemiddel opfundet af forskere fra University of Pennsylvania er lige så stærkt som standard superlim, og langt mere tilgivende. Klæbemidlet, baseret på snegleslim, kan frigøres og fastgøres igen og igen uden at miste sin styrke, og kan redde producenterne fra dyre fejl.

Menneskeheden har i meget lang tid ledt efter den bedste måde at hænge to ting sammen på. Så tidligt som 200, 000 år siden, mennesker lavede klæbrig tjære ved omhyggeligt at brænde birkebark i en tidskrævende proces. Næsten 4, 000 år siden, gamle egyptere kogte dyredele for at lave de første flydende lim. Gummibaseret lim blev opfundet i 1830, med moderne superlim, der ramte dagligvarebutikkernes hylder i 1958. Men alle disse klæbemidler kommer med en frustrerende afvejning:De kan være stærke og permanente, som superlim, eller genanvendelig, men ikke særlig klistret, gerne Post-its.

Nu, et hold ledet af Shu Yang, professor i materialevidenskab og teknik ved Penn, har formået at kombinere de bedste egenskaber af begge.

Yang delte sine resultater i en ny undersøgelse offentliggjort i sidste uge i Proceedings of the National Academy of Sciences . Kun to stykker i frimærkestørrelse af Yangs klæbemiddel var nok til nemt at holde vægten af ​​en person på 160 pund, sagde undersøgelsen.

Opkaldt PHEMA, efter dets kemiske sammensætning (polyhydroxyethylmethacrylat), det er så effektivt, at det i starten Yang havde problemer med at måle dens styrke. "Jeg syntes, det var meget stærkt, men jeg vidste ikke hvor stærkt, " sagde hun. Styrken af ​​et klæbemiddel måles ved at trække indtil vedhæftningen går i stykker.

"Det tog min elev over et år at måle det, " sagde Yang. Selv en kandidatstuderende, Jason Jolly, trappet op for at bevise klæbemidlets styrke - ved at hænge sig i luften. Til sidst, holdet skulle designe stropper lavet af Kevlar - materialet brugt i skudsikre veste - for at trække PHEMA fra hinanden.

Men det, der får PHEMA til at skille sig ud, er, at dens klæbrighed kan slukkes og tændes igen. Klæberen holder tæt, når den er tør, men tilsæt lidt vand og inden for et par minutter, PHEMA løsner, klar til at blive genbrugt.

"At være i stand til at give slip - det er en stor sag, " sagde Andrew Smith, professor i biologi ved Ithaca College i New York, der har udviklet en medicinsk lim baseret på snegleslim, og var ikke involveret i undersøgelsen. "Vi har rigtig god lim til visse ting. Udfordringerne (omfatter), når du har brug for noget, der er vendbart."

PHEMAs evner kommer fra det faktum, at det ikke er en væske, som lim, men en hydrogel, såsom dem, der findes i Jell-O eller bløde kontaktlinser. "Hydrogeler er bløde, squishy materialer ... . Hvis nedsænket i vand, de suger vand op, " sagde Yang. Og når en hydrogel tørrer ud, den bliver stiv.

Når squishy og våd, PHEMA er i stand til at passe ind i de mikroskopiske riller og ufuldkommenheder, der er på alle overflader, selv tilsyneladende glatte materialer som glas. Tørring låser PHEMA mod disse riller, fastgør den til overfladen.

Imidlertid, før du prøver at hænge fra loftet med Jell-O, Yang forklarede, at PHEMA er unik:"Når du tørrer (en hydrogel), de skrumper normalt. Vores materiale gør det ikke."

Mens ideen om en reversibel superlim er ny for mennesker, snegle har lavet noget lignende i millioner af år. "Nogle snegle forankrer sig til et træ med (en struktur kaldet) deres epifragma .... Det kan fæstnes så hårdt, at du ikke kan trække det af med hånden - du skal have en mejsel." sagde Gary Rosenberg, kurator for bløddyr ved Academy of Natural Sciences ved Drexel University. Når det først regner, sneglene løsner sig og fortsætter med at kravle rundt.

Kun nogle snegle laver epifragmer. Et berømt eksempel er Helix aspersa, sneglen spist i det franske køkken som "escargot". Filadelfiabeboere kan endda selv se denne evne. Flere arter af Polygyridae snegle er blevet rapporteret i regionen, ifølge borgervidenskabsappen iNaturalist, og alle kan lave en hydrogellim, der fungerer ligesom Yangs PHEMA.

PHEMA, eller lignende klæbemidler, måske en dag blive en del af vores hverdag. Elliot Hawkes, assisterende professor i maskinteknik ved University of California, Santa Barbara, antyder, at PHEMA kan være nyttig i huset, især til at hænge dekorationer op. "Malede gipsplader er udfordrende for tørre klæbemidler, på grund af dens lille ruhed. Denne teknologi kunne være en god løsning, alt efter om det vil misfarve din væg, " sagde han i en e-mail-erklæring. Hawkes var ikke involveret i PHEMA-undersøgelsen.

Hvad angår Yang, hun tror, ​​at PHEMA vil være utrolig nyttig til tung produktion, såsom bilmontage. Ved at bruge det vendbare klæbemiddel til at teste, hvordan dele passer sammen, PHEMA vil give montagearbejdere mulighed for at kontrollere og udskifte defekte komponenter, før det er for sent.

Smith var enig i, at disse applikationer lyder "temmelig plausible, "men advarer om, at fordi PHEMA har brug for vand, det vil ikke passe godt til mange brancher. Og da PHEMA løsner sig, når det er vådt, limen kan ikke holde i fugtige omgivelser.

For at omgå denne begrænsning, Yangs team ønsker at udvikle en ny version, der tænder og slukker baseret på specifikke kemikalier, elektricitet, eller varme, i stedet for vand.

Denne næste innovation er måske allerede derude i naturen. snegle, snegle, muslinger, gekkoer, blæksprutter, og selv kakerlakker bliver undersøgt for den måde, de kan holde til tingene på. "There's a lot of animals that produce glues with lots of unusual properties, " said Smith. "You're getting adhesives designed for all sorts of situations, with lots of variation that can inspire us."

©2019 The Philadelphia Inquirer
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.