Wetenschappers hebben gewerkt aan het ontwikkelen van lijmen voor het mariene milieu die zijn geïnspireerd door organismen die zich hechten aan onderwateroppervlakken, zoals mosselen. Deze op catechol gebaseerde lijmen worden gemakkelijk geoxideerd en verliezen zo uiteindelijk hun kleefkracht, waardoor ze minder dan bevredigend zijn voor het beoogde doel.

In de huidige studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Hailong Fan en Jian Ping Gong van Hokkaido University onderzochten met hun collega's de mogelijkheid om lijmen te ontwikkelen die elektrostatische interactie gebruiken om aan negatief geladen oppervlakken zoals rotsen, glas, en metalen onder de zee.

Het team bouwde polymeerketens gemaakt van twee soorten monomeren als bouwstenen. De ene bevat een positief geladen "kationisch" residu en de andere bevat een "aromatische" ring. In biosystemen, Het is bekend dat aangrenzende kationisch-aromatische aminozuursequenties in eiwitten elektrostatische interacties in zout water vergemakkelijken. Het was een uitdaging, echter, om dergelijke sequenties in synthetische polymeren te introduceren vanwege problemen bij het beheersen van monomeersequenties.

Gong en haar collega's ontdekten dat de synthetische polymeren met aangrenzende kationisch-aromatische sequenties gemakkelijk konden worden vervaardigd met behulp van een zeer schaalbare, kosteneffectieve methode genaamd "kation-p-complex-aided vrije radicalen polymerisatie."

De onderzoekers ontdekten dat de twee residutypes in polymeren aan elkaar bonden om een ​​hydrogel te vormen die goed hechtte aan negatief geladen vaste oppervlakken in zout water - de kleefkracht benaderde ongeveer 60 kPa. Hydrogels samengesteld uit een verscheidenheid aan kationisch-aromatische monomeercombinaties vertoonden snelle, sterk, maar omkeerbare hechting aan de oppervlakken. Adhesie was grotendeels te danken aan de elektrostatische interactie tussen de positief geladen resten op de polymeren en de negatief geladen oppervlakken. Maar, interessant, polymeren gemaakt van deze kationisch-aromatische monomeren zonder aangrenzende sequenties waren lang niet zo hechtend, wat aangeeft dat aangrenzende aromatische resten de elektrostatische interactie in omgevingen met een hoge ionsterkte versterken.

"Onze sequentie-gecontroleerde polymere hydrogel zou veelbelovende toepassingen moeten hebben als lijm voor onderzeese lekkage, zeezandbindmiddelen voor het behoud van het mariene milieu, en stollingsmiddelen voor beton in zee, ", zegt Gong. Hun studie zou ook de weg kunnen banen voor verder onderzoek naar elektrostatische interacties in zeer ionische omgevingen.