Een kleine borstelworm, kronkelend rond de oceaan, kan zijn kaak buiten zijn mond uitsteken om zijn prooi te verstrikken. De van vorm veranderende kaak van de worm, stijf aan de basis en flexibel aan het einde, is gemaakt van één enkelvoudig materiaal dat het mineraal zink en het aminozuur histidine bevat, die samen het mechanische gedrag van het gewricht regelen door middel van wat bekend staat als een metaalcoördinatiechemie.

Wetenschappers zoals LaShanda Korley, Distinguished Associate Professor of Materials Science and Engineering en Chemical and Biomolecular Engineering aan de Universiteit van Delaware, willen deze chemie opnieuw creëren en vergelijkbare structuren bouwen in synthetische materialen. Door het zo te doen, ze kunnen nieuwe, verbeterde materialen voor gebruik in sensoren, toepassingen in de gezondheidszorg, en nog veel meer. Chemie zoals deze is alomtegenwoordig in de natuur. De ijzer-eiwit interactie in menselijk bloed, bijvoorbeeld, kan een ziektedeterminant zijn.

In een paper gepubliceerd in de juli 2019-editie van de European Polymer Journal , Korley, samen met doctoraalstudent materiaalwetenschap en techniek Chase Thompson en postdoctoraal medewerker Sourav Chatterjee, beschreven hoe ze een netwerk van materialen bouwden, gemaakt van zink en polymeren, die de mechanische helling van de kaak van een borstelworm nabootste.

Dit project, het hoogtepunt van meer dan vijf jaar werk, werd gefinancierd door een subsidie ​​van de National Science Foundation. Het doel is om natuurlijke materiaalsystemen te gebruiken om te begrijpen hoe het samenspel van structurele kenmerken, vooral mechanische eigenschappen, door dynamische en permanente structuren te combineren, zei Korley.

"Het idee is:kun je twee dingen samenvoegen die elkaar niet echt leuk vinden en dit idee van dynamiek gebruiken als een manier om te bepalen hoe energie in het systeem vrijkomt, wat te maken heeft met het mechanische gedrag?" zei ze.

Het team bootste de architectuur van het kaaksysteem van de borstelworm na door een zink-gecoördineerd supramoleculaire polymeer toe te voegen aan een covalent verknoopt polyethyleenglycolnetwerk. Met de juiste concentraties, ze ontdekten dat ze de mechanische eigenschappen van het materiaal konden regelen. "Het permanente netwerk dat we gebruiken om deze dynamische interacties te huisvesten, is een goed platform om deze gradiëntstructuren te bereiken, "zei Thompson. Vervolgens, hij is van plan om manieren te onderzoeken om het vormgeheugen en andere eigenschappen van deze materialen te beïnvloeden.

Korley gebruikt inspiratie uit de natuur om een ​​verscheidenheid aan materialen te ontwerpen. Ze is de hoofdonderzoeker van PIRE:Bio-Inspired Materials and Systems, een vijfjarige $ 5,5 miljoen subsidie ​​van de National Science Foundation.

Door dit project, Korley en medewerkers van Case Western Reserve University, de Universiteit van Californië, San Diego, de Universiteit van Chicago, De Zwitserse Universiteit van Fribourg en de Britse Universiteit van Strathclyde bestuderen en ontwikkelen materialen die de taaiheid kunnen veranderen als reactie op hun omgeving, zijn veiligere en effectievere biologische implantaten, zenuwachtige elektrische signalen uitzenden, en kan reageren op de omgeving om biologische processen te initiëren, allemaal voor gebruik in zachte robottoepassingen.

Bijvoorbeeld, onderzoekers bestuderen manieren om materialen te maken die sterk zijn zoals spinnenzijde en materialen die van vorm veranderen als reactie op vochtigheid, zoals dennenappels, die openen in droge omstandigheden en sluiten in vochtige. Ze gebruiken ook de unieke materiaaleigenschappen die ze ontdekken om nieuwe 3D-geprinte materialen te ontwikkelen.

De studie van zachte materialen en polymeren, lang een kracht bij UD, groeit, mede dankzij de expertise van Korley. Korley en Thomas H. Epps, III, de Thomas en Kipp Gutshall Senior Career Development Professor in Chemical and Biomoleculaire Engineering en Materials Science and Engineering, hebben ook een nieuw onderzoekscentrum opgericht, het Centrum voor Onderzoek in Zachte Materie en Polymeren (CRISP). Korley en Epps werken samen met onderzoekers van Chemours en publiceerden onlangs een overzichtsartikel over structuur-eigenschapsverhoudingen in polymere oppervlaktecoatings in het tijdschrift ACS Applied Polymer Materials.

Korley's onderzoeksonderneming omvat ook het bereiken van niet-gegradueerde studenten, die veel baat kunnen hebben bij onderzoekservaring die een aanvulling vormt op hun werk in de klas.

"Onderzoek geeft je een platform om die fundamentele training uit de klas te halen en toe te passen op een probleem, "zei ze. "In het lab, leerlingen leren nadenken over problemen, hun werk tonen en communiceren, en leiders en teamspelers zijn. Al die aspecten hebben we in onze cursussen, maar ik denk dat er een holistische manier is waarop niet-gegradueerd onderzoek studenten kan opleiden om dat te doen."

Korley is net zo gepassioneerd over outreach-activiteiten die meisjes op de middelbare school kennis laten maken met wetenschap en techniek. Studenten van haar lab waren betrokken bij bijles aan de Serviam Girls Academy in New Castle, Delaware.

"Het belangrijkste voor mij is om impact te maken, samenwerken, om echt in contact te komen met de bredere gemeenschap, "zei ze. "Dat is belangrijk voor mij."