Вчені відкрили природний клей, який в рази міцніший за промисловий суперклей
Підчас дослідів було відкрито клейку речовину, яка в 3-4 рази міцніша ніж найкращий промисловий суперклей. Вона є нетоксичною, піддається біологічному розкладу, і використовувалася одним з особливих видів бактерій мільйони років.
При виділенні та широкомасштабному виробництві, цей органічний клей може використовуватися для безлічі промислових і медичних прикладних завдань – від лагодження корпусів судів у відкритому морі до закриття ран у солдатів на полі бою.
Клей може витримувати зусилля близько 70 Н/кв.мм. Якщо говорити мовою непрофесіонала, його міцності достатньо, щоб витримати шість африканських слонів, кожен з яких важить по 12 тон, при склеюванні поверхні розміром із доларову банкноту (теоретично, звісно).
«Ми вирішили придумати спосіб виміряти міцність даного клею... і те, наскільки міцним він був, виявилося зовсім дивовижним», – розповів бактеріолог з Індіанського університету доктор Ів Брюн, який проводив дослідження спільно з фізиком із Університету Брауна Джеєм Таном.
Доктор Брюн і його команда роками вивчали бактерії C. crescentus, тому що вони є гарною експериментальною моделлю для розуміння багатьох основних властивостей бактерій. Один із аспектів, який вони вивчали, це те, чому «фіксатор» (клейка речовина, рідкі фракції якої прилипають до поверхонь) виробляється тільки на кінчиках кожної бактерії, і більше ніде у клітині.
Вони поміщали клітини бактерій на прозорі пластикові поверхні (тип приладдя, що використовується з діапроекторами) для спостереження і порівняння C. crescentus з іншим видом, який був генетично модифікований так, щоб не виробляти речовину «фіксатор».
Якою є міцність цього клею?
«Під час промивання, – сказав доктор Брюн, – ми помістили [прозорі поверхні] під кран і включили настільки сильний напір води, наскільки тільки було можливо, намагаючись змити їх, і їх не вдалося змити; клітини залишалися там за дійсно максимального напору. Це заінтригувало нас... «Якою ж врешті-решт є міцність цього клею?».
Щоб виміряти це, команда учених використала аспіратор (всмоктувач) мікроманіпулятора, щоб відділяти значну частину бактерії і відривати її від скляної піпетки, до якої вони були прикріплені. У 14 дослідах, щоб відірвати бактерію, їм було потрібно застосування сили до кожної клітини, середнє значення якої дорівнює 0,59 мкН (мікроньютонам).
Наносячи клей по площі поверхні й розподіляючи зусилля, дослідники обчислили, що міцність клейового з’єднання складала понад 68 Н/кв.мм. «Наскільки нам відомо, – записали вони у своєму звіті за 1 березня 2006 р., – ця міцність клею – найсильніша з коли-небудь зафіксованих міцностей серед біологічних клеїв».
Дія на вологих поверхнях
C. crescentus має форму, дещо схожу на сосиску або огірок з довгим, тонким відростком. Як вважає доктор Брюн, кінчик відростка вкритий масою із полісахаридів (ланцюгів молекул сахарози) і якихось поки невідомих речовин. Бактерія використовує цю липку суміш, щоб прикріплятися до каменю та металу. Вона існує у низьких концентраціях навіть у водопровідній воді, але не виробляє ніяких небезпечних токсинів.
«Надзвичайно чудовим у даному клеї є те, що він діє на вологих поверхнях... Одна з головних проблем промислових клеїв полягає у тому, що більшість з них... погано діє на вологих поверхнях. Якщо ви згадаєте морську воду, то справи будуть ще гіршими».
Цей нещодавно відкритий клей може, наприклад, слугувати для лагодження судів, пошкоджених у відкритому морі і часу його дії буде достатньо, щоб вони безпечно прийшли в сухий док для ремонту, або застосовуватися у виробничих процесах, де поверхні будуть піддаватися впливу дощу або води.
Він може також застосовуватися в екстрених ситуаціях для запобігання у людини смерті від втрати крові. «Закриття ран на полі бою відкриє величезні можливості... вам в основному треба буде лише використати речовину і це скріпить рану», – сказав доктор Брюн. Він також припустив, що клей може використовуватися при пересадці шкіри або під час хірургічних операцій, коли використання швів або скобок є нераціональним. «Варіантів медичного застосування клею – безліч».
Біорозкладання
Цей клей пізніше може просто бути розкладений і реабсорбований організмом, оскільки це природний продукт. «Проблема використання промислових клеїв для медичних потреб у тому, – сказав доктор Брюн, – що ви повинні гарантувати, що вони не є отруйними, токсичність – це спільна властивість цих клеїв, що є побічними продуктами нафти».
Клейкість C. Crescentus, водночас із вологостійкістю, може бути понижена більш ніж на 90 відсотків при застосуванні ферменту лізоциму, що присутній у людських сльозах.
Хоча клей ще масово не вироблявся, він може чудово виготовлятися у промисловому масштабі подібно до інсуліну, який виробляється у великих чанах генетично модифікованих бактерій E. coli.
Насправді, доктор Брюн повідомив, що до нього вже зверталася людина, що цікавилася застосуванням «фіксатора» як стоматологічного клею.