Si vous avez déjà essayé d’écailler une moule d’une digue ou une balane du fond d’un bateau, vous comprendrez que nous pourrions apprendre beaucoup de la character sur la façon de fabriquer des adhésifs puissants. Les ingénieurs de l’Université Tufts en ont pris take note et rapportent aujourd’hui un nouveau variety de colle inspirée de ces créatures obstinément adhérentes dans la revue Highly developed Science.



En commençant par la protéine de soie fibreuse récoltée sur les vers à soie, ils ont pu reproduire les principales caractéristiques de la colle de balane et de moule, notamment les filaments de protéines, la réticulation chimique et la liaison ferreuse. Le résultat est une colle non toxique puissante qui durcit et fonctionne aussi bien sous l’eau que dans des problems sèches et est in addition résistante que la plupart des produits de colle synthétique actuellement sur le marché.

« Le composite que nous avons créé fonctionne non seulement mieux sous l’eau que la plupart des adhésifs disponibles aujourd’hui, mais il atteint cette résistance avec des quantités de matériau beaucoup in addition petites », a déclaré Fiorenzo Omenetto, professeur d’ingénierie Frank C. Doble à la Tufts University of Engineering, directeur du Tufts Silklab. où le matériel a été créé, et l’auteur correspondant de l’étude. « Et parce que le matériau est fabriqué à partir de resources biologiques extraites et que les substances chimiques sont bénignes – tirées de la nature et évitant largement les étapes de synthèse ou l’utilisation de solvants volatils – cela pourrait également présenter des avantages dans la fabrication. »



L’équipe de collage Silklab s’est concentrée sur plusieurs éléments clés à reproduire dans les adhésifs aquatiques. Les moules sécrètent de longs filaments collants appelés byssus. Ces sécrétions forment des polymères qui s’intègrent dans les surfaces et se réticulent chimiquement pour renforcer la liaison. Les polymères protéiques sont constitués de longues chaînes d’acides aminés dont une, la dihydroxyphénylalanine (DOPA), un acide aminé porteur de catéchol qui peut se réticuler avec les autres chaînes. Les moules ajoutent un autre ingrédient spécial – les complexes de fer – qui renforcent la force de cohésion du byssus.

Les balanes sécrètent un ciment solide composé de protéines qui se transforment en polymères qui s’ancrent sur les surfaces. Les protéines des polymères de ciment de balane replient leurs chaînes d’acides aminés en feuilles bêta – un arrangement en zigzag qui présente des surfaces planes et de nombreuses opportunités pour previous de fortes liaisons hydrogène avec la protéine suivante dans le polymère, ou à la floor à laquelle le polymère le filament s’attache.

Inspirée par toutes ces astuces de liaison moléculaire utilisées par la mother nature, l’équipe d’Omenetto s’est employée à les reproduire et à s’appuyer sur son knowledge de la chimie de la protéine fibroïne de soie extraite du cocon des vers à soie. La fibroïne de soie partage de nombreuses caractéristiques de forme et de liaison des protéines de ciment de balane, y compris la capacité d’assembler de grandes surfaces de feuille bêta. Les chercheurs ont ajouté de la polydopamine – un polymère aléatoire de dopamine qui présente des catéchols de réticulation sur toute sa longueur, un peu comme les moules utilisent pour réticuler leurs filaments de liaison. Enfin, la drive d’adhérence est considérablement améliorée en durcissant l’adhésif avec du chlorure de fer, qui sécurise les liaisons entre les catéchols, tout comme ils le font dans les adhésifs naturels de moules.

« La combinaison de fibroïne de soie, de polydopamine et de fer rassemble la même hiérarchie de liaison et de réticulation qui rend ces adhésifs de balanes et de moules si forts », a déclaré Marco Lo Presti, chercheur put up-doctoral au laboratoire d’Omenetto et leading auteur de l’étude.. « Nous nous sommes retrouvés avec un adhésif qui ressemble même à son homologue naturel au microscope. »

Obtenir le bon mélange de fibroïne de soie, de polydopamine et de circumstances acides de durcissement avec des ions de fer était essentiel pour permettre à l’adhésif de durcir et de fonctionner sous l’eau, atteignant des résistances de 2,4 MPa (mégapascals  approximativement 350 livres par pouce carré) en résistant aux forces de cisaillement. C’est mieux que la plupart des adhésifs expérimentaux et commerciaux existants, et seulement légèrement inférieur à l’adhésif sous-marin le plus puissant à 2,8 MPa. Pourtant, cet adhésif a l’avantage supplémentaire d’être non toxique, composé de matériaux entièrement naturels et ne nécessite que 1 à 2 mg par pouce carré pour obtenir cette liaison – ce n’est que quelques gouttes.

 » La combinaison d’une sécurité probable, d’une utilisation prudente des matériaux et d’une résistance supérieure suggère une utilité potentielle pour de nombreuses purposes industrielles et marines et pourrait même convenir à des apps axées sur le consommateur telles que la construction de modèles et l’utilisation domestique « , a déclaré le professeur Gianluca Farinola, un collaborateur sur l’étude de l’Université de Bari Aldo Moro, et professeur adjoint de génie biomédical à Tufts.  » Le fait que nous ayons déjà utilisé la fibroïne de soie comme matériau biocompatible à utilization médical nous amène également à explorer ces programs « , a ajouté Omenetto.