Nye bioinspirerede hydrogeler kan fungere som superlim i meget ioniske miljøer som havvand

Forskere har arbejdet med at udvikle klæbemidler til havmiljøet, der er inspireret af organismer, der fastgør sig til undervandsoverflader, som muslinger. Disse catecholbaserede lim oxideres let og mister i sidste ende deres klæbeevne, gør dem mindre end tilfredsstillende til deres tilsigtede formål.

I den aktuelle undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , Hokkaido University's Hailong Fan og Jian Ping Gong sammen med deres kolleger undersøgte muligheden for at udvikle klæbemidler, der udnytter elektrostatisk interaktion til at klæbe til negativt ladede overflader såsom sten, glas, og metaller under havet.

Teamet byggede polymerkæder fremstillet af to typer monomerer som byggesten. Den ene indeholder en positivt ladet "kationisk" rest, og den anden indeholder en "aromatisk" ring. I biosystemer, tilstødende kationisk -aromatiske aminosyresekvenser i proteiner vides at lette elektrostatiske interaktioner i saltvand. Det har været udfordrende, imidlertid, at introducere sådanne sekvenser i syntetiske polymerer på grund af vanskeligheder med at kontrollere monomersekvenser.

Gong og hendes kolleger opdagede, at de syntetiske polymerer med tilstødende kationisk -aromatiske sekvenser let kunne fremstilles ved hjælp af en meget skalerbar, omkostningseffektiv metode kaldet "kation-p kompleks-hjulpet fri-radikal polymerisation."

Forskerne fandt ud af, at de to resttyper i polymerer bundet sammen til en hydrogel, der klæbede godt til negativt ladede faste overflader i saltvand-klæbestyrken nærmede sig cirka 60 kPa. Hydrogels sammensat af en række forskellige kationisk-aromatiske monomerkombinationer udviste hurtigt, stærk, men reversibel vedhæftning til overfladerne. Adhæsion var stort set takket være den elektrostatiske interaktion mellem de positivt ladede rester på polymererne og de negativt ladede overflader. Men, interessant, polymerer fremstillet af disse kationiske -aromatiske monomerer uden tilstødende sekvenser var ikke nær så klæbende, hvilket indikerer, at tilstødende aromatisk rest forbedrer elektrostatisk interaktion i miljøer med høj ionstyrke.

"Vores sekvensstyrede polymere hydrogel bør have lovende anvendelser som lim til undersøiske lækager, havsandbindemidler til bevarelse af havmiljøer, og koagulanter til beton i havet, "siger Gong. Deres undersøgelse kan også bane vej for yderligere undersøgelser af elektrostatiske interaktioner i meget ioniske miljøer.