Se vocêjá tentou lascar um mexilha£o de um quebra-mar ou uma craca do fundo de um barco, compreendera¡ que podemos aprender muito com a natureza sobre como fazer adesivos poderosos. Engenheiros da Tufts University tomaram nota e hoje relatam um novo tipo de cola inspirado por crusta¡ceos teimosamente aderentes na revista Advanced Science .

Comea§ando com a protea­na da seda fibrosa colhida dos bichos-da-seda, eles foram capazes de replicar as principais caracteri­sticas da cola de cracas e mexilhaµes, incluindo filamentos de protea­nas, reticulação química e ligações de ferro. O resultado éuma cola não ta³xica poderosa que fixa e funciona tão bem debaixo d' águaquanto em condições secas e émais forte do que a maioria dos produtos de cola sintanãtica atualmente no mercado.

"O composto que criamos funciona não apenas melhor embaixo d' águado que a maioria dos adesivos disponí­veis hoje, mas atinge essa resistência com quantidades muito menores de material", disse Fiorenzo Omenetto, professor de engenharia Frank C. Doble da Tufts School of Engineering, diretor da Tufts Silklab onde o material foi criado, e autor correspondente do estudo. "E como o material éfeito de fontes biológicas extraa­das e os produtos químicos são benignos - extraa­dos da natureza e evitando etapas sintanãticas ou o uso de solventes vola¡teis - ele também pode ter vantagens na fabricação."

A "equipe de colagem" do Silklab focou em vários elementos-chave para replicar em adesivos aqua¡ticos. Os mexilhaµes secretam longos filamentos pegajosos chamados bisso. Essas secreções formam polímeros, que se incorporam a ssuperfÍcies e se reticulam quimicamente para fortalecer a ligação. Os polímeros de protea­na são constitua­dos por longas cadeias de aminoa¡cidos, incluindo um, dihidroxifenilalanina (DOPA), um aminoa¡cido contendo catecol que pode se reticular com outras cadeias. Os mexilhaµes adicionam outro ingrediente especial - complexos de ferro - que reforçam a força coesiva do bisso.

As cracas secretam um cimento forte feito de protea­nas que se formam em polímeros que se fixam nassuperfÍcies. As protea­nas em polímeros de cimento de cracas dobram suas cadeias de aminoa¡cidos em folhas beta - um arranjo em zigue-zague que apresentasuperfÍcies planas e muitas oportunidades para formar fortes ligações de hidrogaªnio com a próxima protea­na no pola­mero, ou com asuperfÍcie na qual o filamento do pola­mero estãoanexando.

Inspirado por todos esses truques de ligação molecular usados ​​pela natureza, a equipe de Omenetto começou a trabalhar replicando-os e valendo-se de sua experiência com a química da protea­na fibroa­na da seda extraa­da do casulo dos bichos-da-seda. A fibroa­na de seda compartilha muitas das caracteri­sticas de forma e ligação das protea­nas do cimento de cracas, incluindo a capacidade de montar grandessuperfÍcies de folha beta. Os pesquisadores adicionaram polidopamina - um pola­mero aleata³rio de dopamina que apresenta cateca³is de ligação cruzada ao longo de seu comprimento, assim como os mexilhaµes usam para fazer a ligação cruzada de seus filamentos de ligação. Finalmente, a força de adesão ésignificativamente aumentada pela cura do adesivo com cloreto de ferro, que garante ligações entre os cateca³is, assim como fazem em adesivos naturais de mexilha£o.

 

"A combinação de fibroa­na de seda, polidopamina e ferro reaºne a mesma hierarquia de ligação e reticulação que torna esses adesivos de cracas e mexilhaµes tão fortes", disse Marco Lo Presti, pa³s-doutorado no laboratório de Omenetto e primeiro autor do estudo . "Acabamos com um adesivo que atése parece com sua contraparte natural ao microsca³pio."

Conseguir a mistura certa de fibroa­na de seda, polidopamina e condições a¡cidas de cura com a­ons de ferro foi fundamental para permitir que o adesivo endurecesse e funcionasse debaixo d'a¡gua, atingindo forças de 2,4 MPa (megapascais; cerca de 350 libras por polegada quadrada) ao resistir a s forças de cisalhamento. Isso émelhor do que a maioria dos adesivos experimentais e comerciais existentes, e apenas ligeiramente mais baixo do que o adesivo subaqua¡tico mais forte a 2,8 MPa. No entanto, esse adesivo tem a vantagem adicional de ser não ta³xico, composto de materiais totalmente naturais e requer apenas 1-2 mg por polegada quadrada para obter essa ligação - são apenas algumas gotas.

"A combinação de segurança prova¡vel, uso conservador de material e resistência superior sugere utilidade potencial para muitas aplicações industriais e mara­timas e pode atéser adequada para o consumidor, como construção de modelos e uso domanãstico", disse o Prof. Gianluca Farinola, um colaborador sobre o estudo da Universidade de Bari Aldo Moro, e professor adjunto de Engenharia Biomédica na Tufts. “O fato de já termos usado fibroa­na de seda como um material biocompata­vel para uso médico estãonos levando a explorar essas aplicações também”, acrescentou Omenetto.