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Pegamento que se adhiere a casi todo
Las pantallas flexibles, los filtros de purificación de agua y los materiales que convierten el calor directamente en electricidad podrían ser más fáciles de fabricar gracias a un nuevo polímero que permite a los investigadores recubrir casi cualquier objeto, incluso uno hecho de teflón, con patrones microscópicos de metales y materiales orgánicos.
Inspiración pegajosa: La química de las hebras de proteínas que utilizan los mejillones para adherirse a casi cualquier tipo de material (el mejillón aquí está adherido al teflón) ha ayudado a los investigadores a desarrollar un adhesivo nuevo y versátil.
Investigadores de la Universidad Northwestern diseñaron el polímero para imitar un pegamento a base de proteínas que los mejillones usan para adherirse a rocas, madera, plástico y acero, de hecho, a casi cualquier material que encuentren. Los investigadores, dirigidos por Phillip Messersmith , profesor de ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería de materiales en Northwestern, identificó un compuesto fácil de fabricar similar a los elementos activos en este pegamento de mejillón. Descubrieron que, en las condiciones adecuadas, el compuesto forma una película de polímero extremadamente delgada en la superficie de casi cualquier material al que se aplica. Esta película, a su vez, puede unirse químicamente a una amplia variedad de materiales que tienen funciones útiles. Se han desarrollado muchos otros métodos para funcionalizar materiales, pero de acuerdo con Marcus Textor , profesora de materiales en el Instituto Federal de Tecnología, en Suiza, esta se destaca por ser sencilla y extremadamente versátil. Lo que encuentro fascinante es que este es un sistema relativamente simple, dice Textor. A menudo, uno tiene que encontrar una solución particular para un sustrato particular. Pero este es un adhesivo universal que funciona en muchas superficies diferentes.
El nuevo adhesivo permitirá que casi cualquier objeto sea recubierto de manera fácil y económica con una capa de metal o algún otro material funcional, incluidos materiales que mantienen los objetos libres de bacterias o estimulan el crecimiento de tipos específicos de células. Los revestimientos serían lo suficientemente delgados como para que no cambiaran la forma del objeto subyacente; un instrumento quirúrgico, dice Messersmith, podría recibir un recubrimiento antibacteriano sin comprometer su rendimiento. Una aplicación que los investigadores de Northwestern han estado explorando son los filtros de agua que utilizan pequeñas bolitas recubiertas con el adhesivo. A medida que el agua corre a través de un cilindro lleno de gránulos, el adhesivo extrae los metales tóxicos del agua uniéndose a ellos.
Los investigadores también han demostrado que el adhesivo se puede tallar en patrones intrincados mediante microlitografía convencional. Si una solución que contiene sales metálicas se lava sobre tal patrón, el metal se adherirá solo al adhesivo. Esta podría ser una forma de imprimir circuitos electrónicos en casi cualquier objeto. Colocados sobre un sustrato flexible, estos circuitos podrían ser útiles para pantallas flexibles. La capacidad de crear patrones microscópicos de materiales orgánicos también podría ser útil para los biólogos. Los investigadores de Northwestern han demostrado que es posible crear recubrimientos que se unen a un tipo específico de ácido importante para el crecimiento de los vasos sanguíneos y la diferenciación de las células madre. La capacidad de depositar patrones precisos de este y otros materiales orgánicos podría facilitar la construcción de dispositivos de microfluidos que ayuden a explicar los mecanismos biológicos.
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Observe cómo el agua se adhiere a una superficie cubierta con el nuevo adhesivo.
Vea cómo el nuevo adhesivo crea un material repelente al agua.
Para desarrollar el nuevo adhesivo, los investigadores estudiaron los componentes químicos de una proteína en el pegamento de mejillón, identificando grupos químicos funcionales importantes. En trabajos anteriores, habían hecho un pegamento basado en uno de estos grupos. (Consulte Nanoglue Sticks Underwater). Pero el pegamento resultante funcionó solo con materiales inorgánicos y fue difícil de fabricar. El nuevo adhesivo contiene dos grupos químicos que se encuentran en el pegamento para mejillones, en lugar de uno solo. La combinación permite que el adhesivo se una a materiales orgánicos e inorgánicos. Además, el nuevo adhesivo está disponible. Los investigadores notaron que los dos grupos químicos, aminas y catecoles, se encuentran en la dopamina, un compuesto mejor conocido como neurotransmisor. Al nivel de pH correcto, la dopamina se autoensambla en cadenas de polímero para producir películas delgadas del adhesivo. También se vende comercialmente y es económico.
El adhesivo, que se describe en la edición actual de Ciencias , ya está atrayendo el interés de otros investigadores. Por ejemplo, Nicolás Kotov , profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan, tiene la intención de usarlo para fabricar materiales termoeléctricos, materiales que convierten el calor directamente en electricidad. Dichos materiales deben conducir bien la electricidad pero calentar mal. Kotov dice que puede ser posible usar el adhesivo para unir materiales conductores de electricidad como nanotubos de carbono. El adhesivo en sí mismo podría servir como una capa de aislamiento térmico, dice.
Otro investigador, Herbert Waite , profesor de biología molecular, celular y del desarrollo en la Universidad de California, Santa Bárbara, considera que el trabajo de Messersmith es muy interesante. Pero señala algunas limitaciones que podrían superarse mediante un estudio más detallado del mejillón que sirvió de inspiración para el adhesivo. El adhesivo de Messersmith se puede aplicar solo en condiciones en las que las concentraciones de dopamina y los niveles de pH se mantengan estrictamente. Idealmente, dice Waite, sería bueno tener un pegamento que, como el mejillón, se pueda aplicar a cualquier sustrato, incluso en agua, sin control externo de los parámetros ambientales.