Et klæbrigt emne:At studere skaldyr til avancerede klæbemidler

Se ikke nu, men du er omringet. Virkelig. Inden for arms rækkevidde - formentlig endda ved at røre dig - er besværlige, klæbrig, potentielt endda giftig, stoffer. Dårligt for planeten, permanent, måske endda dårligt for dit helbred. De er i dine sko, i din telefon, på din bærbare computer, lurer i konvolutternes folder, på bøger, i den stol du sidder i, gulvet under dine fødder, og i utallige andre genstande i dit hus, kontor og hverdagsverden.

De er klæbemidler. Vital for dagligdagen, næsten umærkelig, men også dybt problematisk. De kan være giftige og er normalt permanente. Purdue University kemikere studerer skaldyr for at udvikle nye, sikrere, og mere bæredygtige klæbemidler til anvendelser lige fra bandager og medicinske applikationer til tøj, husholdningsartikler, elektronik og meget mere.

Mennesker har forsøgt at holde ting til andre ting i årtusinder. Men skaldyr har gjort det i evigheder længere. Og de er langt bedre til det end mennesker. Det er derfor, Purdue-kemikere kom til at undre sig:Hvorfor bruger vi ikke bare, hvad de bruger? Enhver, der nogensinde har prøvet at løsne en stang fra en sten, ved, at det er næsten umuligt.

Den succes er noget Jonathan Wilker, en Purdue professor i kemi og materialeteknik, og hans laboratorium håber at lære af – og bygge videre.

Skaldyr og saltvand:undervandsvedhæftning, der virker

"Vi starter med at se på dyr, der laver klæbemidler, " sagde Wilker. "Vi arbejder stadig på at forstå det grundlæggende i, hvordan dyr som muslinger og østers gør, hvad de gør, hvordan kemi og teknik hænger sammen. Vi ser endda, hvordan miljøet omkring dem og overfladen, de holder sig til, påvirker, hvad de gør."

Kræ som f.eks. muslinger og østers lever på steder, hvor de konstant bliver ramt af bølger og vind og jaget af potentielle rovdyr. Selve deres liv afhænger af at kunne klamre sig til sten og deres naboskaldyr.

Suturer, skruer og hæfteklammer er alle meget brugt til at lukke sår, binde væv og sætte knogler, men de er alle meget skadelige og ekstremt smertefulde. Hvis lægerne havde et kemisk klæbemiddel, som de kunne bruge i stedet, heling ville stige, og sideskader ville falde. Kroppen, imidlertid, er et udfordrende miljø for klæbemidler:Vådt og konstant i bevægelse. Meget ligesom havet.

Forskere i Wilkers laboratorium - som omfatter to postdoktorale forskere, fem kandidatstuderende, fire bachelor-forskere og 1, 000 skaldyr – undersøg, hvordan skaldyr skaber materialer, hvilke komponenter i klæbemidlerne spiller en aktiv rolle i limning og test af nye syntetiske og biomimetiske lime for at bestemme deres effektivitet, gennemførlighed og ydeevne. De bygger på denne forståelse for at udvikle klæbemidler, der virker under vandet, er stærkere, mere bæredygtig, lavet af fødevarer, og som kan løsnes, når det er nødvendigt.

"Vi laver klæbemidler med nye funktionaliteter, " sagde Wilker. "Vi kan tilføje nye kemiske grupper for at målrette mod alle mulige egenskaber, være den våde binding, gummilignende fleksibilitet eller evnen til at binde og derefter afbinde. Et af vores systemer kan endda være stærkere end det, dyrene laver under vandet. I det tilfælde, vi bruger kemi, der er inspireret af skaldyrene, men samlet set, vores system er en forenkling af, hvad dyrene producerer."

Gunning for ny lim:Gør klæbemidler ugiftige, reversibel

Hvert produkt i limgangen i byggebranchen har en ulempe. Mange er giftige. Spånplade, laminatgulve og hårdttræskrydsfiner holdes alle sammen med formaldehyd-baserede harpikser, som kan være kræftfremkaldende. Derudover mange klæbemidler er permanente. Der er ingen måde at opløse bindingen på, når et produkt er ved slutningen af ​​dets levetid, hvilket ofte forhindrer komponenterne i at blive genbrugt.

"Næsten enhver almindelig lim er petroleumsbaseret og ikke nedbrydelig, " sagde Wilker. "Når dine bærbare computere eller mobiltelefoner, sko eller møbler er ikke længere nødvendige, de fleste af dem går direkte til en losseplads. Selv materialer som pap bliver ofte ikke genbrugt på grund af klæbemidlerne."

Mange lime er næsten permanente, en faktor, som mange mennesker har opdaget, da de forsøgte at fjerne gummien fra et klistermærke eller prisskilt fra et produkt - eller mere desværre, fra et bilvindue, hvor et barn sad. At være i stand til at vende klæbrighed efter behag ville give mennesker mere kontrol over deres miljø.

Forøgelse af bæredygtigheden og funktionaliteten af ​​klæbemidler kan forbedre menneskers liv på et utal af måder:Ved at begrænse eksponeringen for skadelige kemikalier, ved at gøre healing mere behagelig, og ved at gøre produkter mere bæredygtige og mere genanvendelige for at bevare ressourcerne og planeten. Wilkers laboratorium arbejder på at lave lim af biobaserede og endda fødevarebaserede forbindelser.

Adhæsion er et felt i hastig udvikling med et stort potentiale. Det er et område, hvor Wilker er en anerkendt ekspert, takket være en vildfaren tråd af nysgerrighed stødt på i havet.

"Kerneideerne i vores laboratorium kommer fra at tilbringe tid under vandet, " sagde Wilker. "Jeg dykkede, så skaldyr holde sig til sten og tænkte, "Jeg spekulerer på, hvordan det virker?" Da jeg kom tilbage i laboratoriet, Jeg var overrasket over at høre om, hvad der forblev ukendt. Der er så mange spændende muligheder og applikationer at forfølge, hvis vi kan finde ud af det hele."

Som både professor i kemi i College of Science og professor i materialeteknik, Wilker bygger bro mellem videnskabens og ingeniørens verden i sine bestræbelser på at udnytte den naturlige verden til innovative løsninger på adhæsionsproblemer. Office of Naval Research og National Science Foundation hjælper med at finansiere hans forskning.

Wilker har arbejdet med Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization for at ansøge om patenter på sine klæbemidler fra U.S. Patent and Trademark Office. Han begynder at gøre dem kommercielt tilgængelige gennem kommercielle satsninger, herunder en startup, Mussel Polymers Inc.