Cola Subaquática Inspirada na Natureza

Prévia do material em texto

1/3
Uma poderosa cola subaquática inspirada em cracas e
mexilhões
Usando proteínas de seda, os pesquisadores criam fibras transversais que contêm complexos de ferro
semelhantes aos usados por criaturas marinhas subaquáticas pegajosas.
Crédito da imagem: Andreas Haslinger Unsplash
Não é surpresa, mas temos muito a aprender com a natureza, especialmente quando se trata de fazer
adesivos poderosos à prova d'água - já tentei tirar um mexilhão de um paredão ou uma craque do fundo
de um barco? Talvez não, mas diz-se que é bastante difícil.
Engenheiros da Universidade Tufts tomaram nota, e usando nossos amigos crosta-aceanos
teimosamente aderentes como inspiração, criaram um novo tipo de cola que supera até mesmo os
adesivos secos mais fortes. A “equipe de cola” de Silklab, como eles se chamam, usou uma proteína de
seda fibrosa colhida de bichos-da-seda e, com ela, foi capaz de replicar elementos-chave da cola de
cracas e mexilhões, incluindo filamentos de proteína, reticulação química e ligação de ferro.
“O composto que criamos funciona não apenas melhor debaixo d’água do que a maioria dos adesivos
disponíveis hoje, ele consegue essa força com quantidades muito menores de material”, disse Fiorenzo
Omenetto, professor de engenharia da Tufts School of Engineering e diretor do Tufts Silklab, onde o
material foi criado.
2/3
“E porque o material é feito de fontes biológicas extraídas, e as químicas são benignas – extraídas da
natureza e em grande parte evitando etapas sintéticas ou o uso de solventes voláteis – ele também pode
ter vantagens na fabricação.”
Modelo de avião montado com cola à base de seda. Imagem: Marco Lo Presti,
Universidade Tufts
Os mexilhões secretam filamentos longos e pegajosos chamados byssus, que formam polímeros que se
incorporam em superfícies, e quimicamente cruzam para fortalecer a ligação. Os polímeros proteicos
são compostos de longas cadeias de aminoácidos, incluindo uma, a dihidroxifenilalanina (DOPA), um
aminoácido composto por catequese que pode se ligar às outras cadeias. Os mexilhões adicionam outro
ingrediente especial – complexos de ferro – que reforçam a força coesa do fúsculo.
Barnacles, por outro lado, secretam um forte cimento feito de proteínas que se formam em polímeros
que ancoram em superfícies. Essas proteínas dobram suas cadeias de aminoácidos em folhas beta –
um arranjo em ziguezague que apresenta superfícies planas e muitas oportunidades para formar fortes
ligações de hidrogênio à próxima proteína no polímero, ou à superfície à qual o filamento de polímero
está se ligando.
Inspirado por todos esses truques de ligação molecular, a equipe da Omenetto trabalha para replicá-los,
aproveitando sua experiência com a química da proteína fibroína da seda, que compartilha muitas das
mesmas características de forma e colagem das proteínas do cimento de celeiro, incluindo a capacidade
de montar grandes superfícies de folha beta.
Os pesquisadores adicionaram polidopamina – um polímero aleatório de dopamina que apresenta
catecols reticulantes ao longo de seu comprimento, assim como os mexilhões usam para cruzar seus
filamentos de ligação. Finalmente, a resistência à adesão foi significativamente reforçada pela cura do
adesivo com cloreto de ferro, que protege as ligações entre as catecolas, assim como fazem em
adesivos naturais de mexilhão.
“A combinação de fibroína de seda, polidopamina e ferro reúne a mesma hierarquia de ligação e
reticulação que torna esses adesivos de rágunos e antixilhões tão fortes”, disse Marco Lo Presti,
3/3
estudioso de pós-doutorado no laboratório de Omenetto e primeiro autor do estudo. “Acabamos com um
adesivo que até se parece com sua contraparte natural sob o microscópio.”
Obter a mistura certa de fibroína de seda, polidopamina e condições ácidas de cura com íons de ferro foi
fundamental para permitir que o adesivo se ia e trabalhasse debaixo d'água, atingindo forças de 2,4 MPa
(megapascals; cerca de 350 libras por polegada quadrada) ao resistir às forças de cisalhamento. Isso é
melhor do que a maioria dos adesivos experimentais e comerciais existentes, e apenas um pouco menor
do que o adesivo subaquático mais forte, com 2,8 MPa. No entanto, este adesivo tem a vantagem
adicional de ser não tóxico, composto de materiais naturais, e requer apenas 1-2 mg por polegada
quadrada para atingir essa ligação – isso é apenas algumas gotas.
“A combinação de segurança provável, uso conservador de material e força superior sugere uma
utilidade potencial para muitas aplicações industriais e marítimas e pode até ser adequada para o
consumidor, como construção de modelos e uso doméstico”, disse o professor Gianluca Farinola,
colaborador do estudo da Universidade de Bari Aldo Moro.
“O fato de já usarmos fibroína de seda como um material biocompatível para uso médico está nos
levando a explorar essas aplicações também”, acrescentou Omenetto.
Referência: Marco Lo Presti, et al., Bioinspirado Biomaterial Composite para Adesivos de Alto
Desempenho Baseados em Toda a Iater, Ciência Avançada (2021). DOI: 10.1002/advs.202004786
Adaptado do comunicado de imprensa fornecido pela Universidade de Tuft
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se para receber nossa newsletter semanal e receba as últimas notícias científicas diretamente
na sua caixa de entrada.
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se no nosso boletim informativo semanal e receba as últimas notícias científicas.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202004786