211service.com
Lim som fäster på nästan allt
Flexibla displayer, vattenrenande filter och material som omvandlar värme direkt till elektricitet kan vara enklare att tillverka tack vare en ny polymer som gör det möjligt för forskare att belägga nästan alla föremål, även ett av teflon, med mikroskopiska mönster av metaller och organiska material.
Sticky inspiration: Kemin av proteinsträngar som musslor använder för att fästa sig på nästan alla typer av material (musslan här är fäst vid teflon) har hjälpt forskare att utveckla ett nytt, mångsidigt lim.
Forskare vid Northwestern University designade polymeren för att efterlikna ett proteinbaserat lim som musslor använder för att fästa sig på stenar, trä, plast och stål - faktiskt, nästan vilket material de möter. Forskarna, med ledning av Philip Messersmith , en professor i biomedicinsk ingenjörskonst och materialvetenskap och ingenjörskonst vid Northwestern, identifierade en lätttillverkad förening som liknar aktiva element i detta mussellim. De fann att föreningen under de rätta förhållandena bildar en extremt tunn polymerfilm på ytan av nästan vilket material som helst som den appliceras på. Denna film kan i sin tur kemiskt binda till en mängd olika material som har användbara funktioner. Många andra metoder för att funktionalisera material har utvecklats, men enl Marcus Textor , en materialprofessor vid Federal Institute of Technology, i Schweiz, den här sticker ut eftersom den är enkel och extremt mångsidig. Det jag tycker är fascinerande är att det här är ett relativt enkelt system, säger Textor. Ofta måste man hitta en speciell lösning för ett visst substrat. Men det här är ett universallim som fungerar på många olika ytor.
Det nya limmet gör att nästan alla föremål enkelt och billigt kan beläggas med en faner av metall eller något annat funktionellt material, inklusive material som håller föremål fria från bakterier eller uppmuntrar tillväxten av specifika typer av celler. Beläggningarna skulle vara tillräckligt tunna för att de inte skulle ändra formen på det underliggande föremålet; ett kirurgiskt instrument, säger Messersmith, skulle kunna ges en antibakteriell beläggning utan att kompromissa med dess prestanda. En applikation som forskarna i Northwestern har undersökt är vattenfilter som använder små pellets belagda med limet. När vatten rinner genom en cylinder full av pellets, drar limmet giftiga metaller ur vattnet genom att binda till dem.
Forskarna har också visat att limmet kan skäras in i intrikata mönster genom konventionell mikrolitografi. Om en lösning som innehåller metallsalter sköljer över ett sådant mönster, fastnar metall endast på limmet. Detta kan vara ett sätt att skriva ut elektroniska kretsar på nästan vilket föremål som helst. Avsatta på ett flexibelt substrat kan sådana kretsar vara användbara för flexibla displayer. Förmågan att skapa mikroskopiska mönster av organiskt material kan också vara användbar för biologer. Forskarna i Northwestern har visat att det är möjligt att skapa beläggningar som binder till en specifik typ av syra som är viktig för blodkärltillväxt och stamcellsdifferentiering. Förmågan att deponera exakta mönster av detta och andra organiska material kan göra det lättare att bygga mikrofluidiska enheter som hjälper till att förklara biologiska mekanismer.
Multimedia
Se att vattnet klamrar sig fast på en yta belagd med det nya limmet.
Se hur det nya limmet skapar ett vattenavvisande material.
För att utveckla det nya limmet studerade forskarna de kemiska komponenterna i ett protein i mussellim och identifierade viktiga funktionella kemiska grupper. I tidigare arbeten hade de gjort ett lim baserat på en av dessa grupper. (Se Nanoglue Sticks Underwater .) Men det resulterande limmet fungerade bara med oorganiska material och var svårt att göra. Det nya limmet innehåller två kemiska grupper som finns i mussellim, snarare än bara en. Kombinationen gör att limmet binder till både organiska och oorganiska material. Dessutom är det nya limmet lättillgängligt. Forskarna noterade att de två kemiska grupperna, aminer och katekoler, finns i dopamin, en förening som är mest känd som en neurotransmittor. Vid rätt pH-nivå sätts dopamin själv ihop till polymerkedjor för att producera tunna filmer av limmet. Det säljs också kommersiellt, och det är billigt.
Limmet, som beskrivs i det aktuella numret av Vetenskap , väcker redan andra forskares intresse. Till exempel, Nicholas Kotov , en professor i kemiteknik vid University of Michigan, avser att använda den för att göra termoelektriska material - material som omvandlar värme direkt till elektricitet. Sådana material måste leda elektricitet bra men värma dåligt. Kotov säger att det kan vara möjligt att använda limmet för att binda samman elektriskt ledande material som kolnanorör. Själva limmet skulle kunna fungera som ett värmeisolerande skikt, säger han.
En annan forskare, Herbert Waite , professor i molekylär-, cell- och utvecklingsbiologi vid University of California, Santa Barbara, kallar Messersmiths arbete mycket intressant. Men han noterar några begränsningar som kunde överskridas genom ytterligare studier av musslan som tjänade som limmets inspiration. Messersmiths lim kan endast appliceras under förhållanden där koncentrationerna av dopamin och pH-nivåer hålls strikt. Helst, säger Waite, skulle det vara trevligt att ha ett lim som, precis som musslans, kan appliceras på vilket underlag som helst, även i vatten, utan extern kontroll av miljöparametrar.