Met een kleine stroomstoot, biomedische ingenieurs van de Michigan Technological University brengen een prototype van slimme lijm onder water in zeven seconden van plakkerig naar niet.

Het in- en uitschakelen van hechting is wat een lijm slim maakt. Het is één ding om dit in de open lucht te doen, en iets heel anders onder water. Geïnspireerd door de natuur, catechols zijn synthetische verbindingen die de natte maar nog kleverige eiwitten nabootsen die door mosselen worden uitgescheiden en veelbelovend zijn voor slimme kleefstoffen die in water werken. De technologie kan helpen met onderwaterlijm, wondverband, prothetische bevestigingen of zelfs het maken van auto-onderdelen en in andere productie.

Bruce Lee, universitair hoofddocent biomedische technologie aan Michigan Tech, maakt deel uit van het Young Investigator Program (YIP) van het Office of Naval Research (ONR) en liet zien hoe pH kan worden gebruikt om slimme onderwaterkleefstoffen te maken. Samen met promovendus Saleh Akram Bhuiyan, Lee ontwikkelde een nieuwe methode waarbij elektrische stroom wordt gebruikt om de hechting van een catecholhoudend materiaal uit te schakelen.

De bevindingen van het team kwamen naar buiten in de Tijdschrift van de American Chemical Society en gedetailleerd het meest plakkerige deel van het proces - het creëren van een herhaalbare contactmechanica-test die de hechting voor en na een elektrische schok kan meten.

"Veel mensen gebruiken catechol om mosselen en hun hechtende eiwitten na te bootsen. maar het toepassen van elektriciteit om het te deactiveren is nieuw, " zei Lee. "Het is handiger dan pH te gebruiken zoals we eerder gebruikten en het zou gemakkelijker moeten zijn om te integreren met elektronische apparaten, wat betekent dat het losmaken geautomatiseerd kan worden en zo simpel kan zijn als het indrukken van een knop."

Op een dag kunnen catechol-lijmen misschien helpen om apparatuur aan de romp van onderzeeërs te bevestigen, maar het testen van prototypes in duikuitrusting is niet hoe nieuwe technologie wordt gecreëerd. In plaats daarvan, Lee en Bhuiyan moeten een reeks variabelen regelen in een kleine laboratoriumruimte. Hoe simpel het ook klinkt, een stroom door een materiaal laten lopen en de plakkerigheid ervan controleren, is eigenlijk best moeilijk om keer op keer te doen.

Bhuiyan ontwikkelde een opstelling die een titanium bol en een platinadraadelektrode gebruikt om elektrische stimulatie toe te passen op de lijm die in contact is met de bol in de aanwezigheid van zout water. Deze methode maakt het gemakkelijk om de door de draad aangelegde spanning te regelen, lijm en bol en hoe zout het water eromheen is. De hoeveelheid tijd dat de stroom loopt is ook belangrijk. Met meer tijd, spanning en zout, hoe meer de catechol-lijmen worden geoxideerd en hoe minder hechtend het wordt. Met sterk genoeg spanning, de lijm laat in slechts zeven seconden los.

"De nieuwigheid is de toepassing van de elektriciteit en de korte tijd die nodig is om los te maken, " zei Bhuiyan. "Wat ik het meest ongewoon vind aan het experiment is de kleurverandering. Het begint wit en als ik de elektriciteit aanbreng en het materiaal is gedeactiveerd, het oxideert en verandert in een rode kleur - en die rode kleur willen we heel graag zien."

De volgende stap in het onderzoek is dat rood nemen en proberen het weer wit te maken. Het kenmerk van een slimme lijm is niet alleen het deactiveren van de hechting, maar weer aanzetten. Lee en promovendus Ameya Narkar waren in staat om deze prestatie te bereiken door te spelen met pH, die hen de Bhakta Rath Research Award opleverden, en Bhuiyan hoopt de lessen uit dat onderzoek toe te passen op het gebruik van elektrische stroom.

Van pijnloos verband tot onderwaterlijm, van auto-uitrusting tot prothetische ledematen, catechol-bevattende lijmen zijn veelzijdige en veelbelovende materialen.