Muslinger inspirerer til ny teknologi, der kan hjælpe med at rense vand og rense oliespild

Muslinger er berygtede maritime blindpassagerer kendt for at beskadige bådenes skrog, men de samme klæbeegenskaber har udbredte tekniske anvendelser, Det skriver videnskabsmænd i Kina og USA i en anmeldelse offentliggjort 10. juli i tidsskriftet Stof . De antyder, at kemien i muslingetråde er inspirerende tekniske innovationer, der adresserer en lang række problemer, fra oprensning af oliespild til behandling af forurenet vand.

Muslinger modstår kraftige strømme og kraftige bølger ved at binde sig til sten ved hjælp af klynger af tynde, overraskende hårdføre byssus tråde. Disse tråde skylder deres klæbeevne til en aminosyregruppe kaldet dihydroxyphenylalanin (DOPA), som klæber sig til overfladen ved at udføre en række molekylær gymnastik, herunder hydrogenbindinger og hydrofobe og elektrostatiske interaktioner.

Forskere har fundet ud af, at DOPA kan klæbe til alle slags faste substrater gennem disse interaktioner - og det kan dopamin også, et molekyle med lignende struktur som DOPA. Forskning, der tyder på, at dopamin kan danne en universel belægning på en bred vifte af substrater ansporede væksten af ​​muslingeinspireret kemi som et kraftfuldt nyt værktøj til materialeoverfladeteknik og miljøvidenskab.

"Muslinger betragtes bredt som en gene i marineindustrien, fordi de vil kolonisere neddykkede overflader, " siger Hao-Cheng Yang, en forsker ved School of Chemical Engineering and Technology ved Sun Yat-sen University i Kina. "Men fra et andet synspunkt, den robuste fastgørelse af muslinger på substrater under vand har inspireret en biomimetisk strategi til at realisere stærk adhæsion mellem materialer i vand."

En række muslingeinspirerede innovationer er allerede i gang. En gruppe forskere i Kina har udviklet et universelt rødt blodlegeme, som kan accepteres af individer af enhver blodtype, der virker ved at bruge muslinge-inspirerede belægninger til at beskytte cellen mod påvisning af kroppens immunsystem (og derfor forhindrer den destruktive immunrespons, der ville resultere).

Anden forskning har haft succes med at udvikle overlegne materialer til at adskille olie og vand, som kunne bidrage til at afbøde miljøskader på havmiljøer efter olieudslip. I modsætning til nogle tidligere udviklede materialer, forskere mener, at disse muslingedrevne innovationer kan være velegnede til produktion i stor skala. Muslinger har også inspireret fremskridt inden for vandrensningsteknologi. Innovative materialer, der er i stand til at fjerne tungmetaller, organiske forurenende stoffer, og patogener fra spildevand udvikles fra polymeriseret dopamin, som let binder til disse forurenende stoffer eller til andre materialer med sådanne indfangningsegenskaber.

Imidlertid, selvom muslingers bindende egenskaber har inspireret en række nyere forskning, udfordringer skal stadig overvindes, før de kan anvendes i den virkelige verden. Forskere arbejder stadig på fuldt ud at forstå struktur-egenskabsforholdet mellem muslingeinspirerede kemikalier såsom polydopamin og på at forstå det komplekse net af interaktioner mellem aminosyrer, der påvirker deres adhæsive egenskaber.

"På trods af enkelhed og effektivitet, der er stadig nogle iboende begrænsninger, " siger Yang. "Alkaliske forhold er normalt nødvendige for at realisere polymeriseringen af ​​dopamin, så det kan ikke anvendes på materialer, der er ustabile under alkaliske forhold. I øvrigt, afsætningen af ​​PDA er en tidskrævende proces - det tager snesevis af timer at danne en ensartet belægning på de fleste materialeoverflader."

Nogle forskere håber at overvinde disse udfordringer ved at finde billige, stabil, og sikre erstatninger for polydopamin, såsom polyfenoler.