Цивилизация
Двум инженерам в области биомедицины из Северо-западного университета США удалось скрестить способности геккона прилипать к сухой поверхности с клеящими способностями обитателя подводного мира — мидии. Новый материал под названием «геккель» (geckel=gecko+mussel) соединяет в себе свойства, обеспечивающие прилипание геккона и мидии, поэтому сильно и возобновляемо липнет как в воздушной, так и в водной среде.
Как сказал один из авторов исследования профессор Филипп Мессерсмит, липкая лента, сделанная из «геккеля», возможно, заменит хирургические швы при стягивании ран или может использоваться в качестве водоустойчивого пластыря. Такой пластырь остается плотно приклеенным к коже во время принятия водных процедур и легко удаляется после заживления раны.
Принцип, который использует для прилипания геккон, следующий. Подушечки его лапок покрывают десятки тысяч тончайших волосков с расщепленными кончиками. Расщепление волосков (диаметр каждого около 200 нм) значительно увеличивает количество контактов лапки с поверхностью, что позволяет слабым силам межмолекулярного взаимодействия (силам Ван-дер-Ваальса) удерживать животное на поверхности. А чтобы оторвать лапу, геккон сдвигает ее, изменяя угол наклона волосков и уменьшая тем самым площадь сцепления. Пчелы, мухи и ряд других насекомых также используют подобные приспособления. Но если сунуть лапы геккона под воду, то окажется, что эта их чудесная особенность практически исчезает.
Многие исследователи до Мессерсмита пытались воссоздать подобие лапки геккона , но им не удавалось добиться многократного прилипания материала. Ни один из искусственных заменителей не выдерживал более двух циклов приклеивания и отклеивания. Зато прекрасно воспроизводилась нелипучесть под водой.
Материал же, созданный Мессерсмитом и его сотрудником Хэшином Ли, обеспечивает более 1000 повторных прилипаний (как геккон) и прекрасно держится в водной среде (как мидия).
По словам Мессерсмита, он читал статью о снижении свойств гекконового сцепления под водой, когда его осенила мысль об использовании в качестве дополнения клея мидий. Мидии вырабатывают клейкое вещество для создания биссусных нитей, с помощью которых они надежно прикрепляются к поверхности дна. Дело в том, что ранее он и его коллеги синтезировали полимер, имитирующий свойства биссусных нитей. А также подробно исследовали аминокислоту 3,4-L-дигидроксифенилаланин (ДОФА), высокая концентрация которой была обнаружена в «клеящих» белках моллюска.
Мессерсмит и Ли создали материал наподобие лап геккона с многочисленными гибкими силиконовами столбиками и покрыли их созданным ранее полимером. Затем свойства нового материала исследовали с помощью атомного микроскопа. Оказалось, что столбики диаметром 400 нм и высотой 600 нм демонстрируют во влажной среде сцепление, в 15 раз превышающее сцепление их необработанныхсобратьев.
<2>В контрольном эксперименте из состава полимера удалили ДОФА и обнаружили снижение клеящих свойств материала, что, по словам автора идеи, демонстрирует важную роль, которую играет аминокислота при сцеплении полимера со столбиками и с поверхностью, с которой эти столбики взаимодействуют.
«Мы продемонстрировали доказательства нашей концепции, но необходимо далее разрабатывать подходы, позволяющие использовать ее в широких масштабах», — говорит Мессерсмит, который надеется создать материал с еще более высокой способностью сцепления.
Подробности открытия, которое может найти применение в медицине, промышленности, в потребительской сфере и в области военных технологий, будут опубликованы в 19 выпуске журнала Nature.
