Вы когда-нибудь задумывались, почему краска отслаивается от стен во время высокой влажности летом? По той же причине бинты отделяются от кожи, когда мы купаемся или плаваем.
Межфазная вода, как известно, образует скользкий и нелипкий слой между клеем и поверхностью, к которой он должен приклеиваться, препятствуя образованию клеевых связей между ними.
Преодоление воздействия межфазной воды является одной из задач, стоящих перед разработчиками коммерческих клеев.
Чтобы найти решение, исследователи из Университета Акрона (UA) изучают один из самых прочных материалов, встречающихся в природе: шелк паука.
Клейкий клей, покрывающий шелковые нити паутины, представляет собой гидрогель, то есть он наполнен водой. Можно было бы подумать, что паукам будет трудно поймать добычу, особенно во влажных условиях, но это не так. На самом деле, их липкий клей, который был предметом интенсивных исследований в течение многих лет, является одним из самых эффективных биологических клеев во всей природе.
Так как же паутинный клей может держаться в условиях высокой влажности?
Этот вопрос был предметом исследования аспирантов UA Сараншу Синглы, Гаурава Амарпури и Нишада Дхопаткара, которые работали с доктором Али Дхиноджвалой, временно исполняющим обязанности декана Колледжа науки о полимерах и полимерной инженерии, и доктором С. Тодд Блэкледж, профессор биологии в программе Integrated Bioscience. Оба профессора являются главными исследователями в Инновационном центре исследований биомимикрии UA [BRIC], который специализируется на имитации биологических форм, процессов, паттернов и систем для решения технических задач.
Выводы группы, которые могут дать ключ к разработке более прочных коммерческих клеев, можно прочитать в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications.
Сингла и ее коллеги решили изучить секрет успеха клея обыкновенного кругового паука (Larinioides cornutus) и выяснить, как он преодолевает основное препятствие, заключающееся в достижении хорошей адгезии во влажных условиях, когда вода может присутствовать между клей и целевая поверхность.
Чтобы исследовать задействованные процессы, команда взяла клей для пауков, нанесла его на сапфировую подложку, а затем исследовала с помощью комбинации межфазной спектроскопии и инфракрасной спектроскопии.
Паучий клей состоит из трех элементов: двух специализированных гликопротеинов, набора низкомолекулярных органических и неорганических соединений (LMMC) и воды. LMMC гигроскопичны (притягивают воду), что делает клей мягким и липким для приклеивания.
Сингла и ее команда обнаружили, что эти гликопротеины действуют как первичные агенты, связывающие поверхность. Клеи на основе гликопротеинов были обнаружены в нескольких других биологических клеях, таких как грибы, водоросли, диатомовые водоросли, морские звезды, колюшки и английский плющ.
Но почему вода, присутствующая в паутинном клее, не мешает контакту клея, как это происходит с большинством синтетических клеев?
Коллективная группа пришла к выводу, что LMMC выполняют ранее неизвестную функцию связывания межфазной воды, предотвращая разрушение адгезии.
Сингла и его коллеги определили, что именно взаимодействие гликопротеинов и LMMC определяет качество адгезии производимого клея, при этом соответствующие пропорции различаются у разных видов, таким образом оптимизируя адгезионную прочность в соответствии с относительной влажностью среды обитания пауков.
«Гигроскопические соединения, известные как водопоглотители, в клее для пауков играют ранее неизвестную роль в удалении воды от границы, тем самым предотвращая разрушение клея для пауков при высокой влажности», - пояснил Сингла.
Способность паутинного клея решать проблему межфазной воды за счет эффективного ее поглощения является ключевым выводом исследования и, возможно, наиболее перспективным для коммерческого развития.
"Представьте себе краску, которая гарантированно пожизненная, будь то дождь или солнце", - заметил Сингла.
Все благодаря вашему дружелюбному клею для пауков по соседству.