Включение и выключение адгезии – вот что делает клей умным. Одно дело делать это на свежем воздухе и совсем другое под водой. Вдохновленные природой, катехины представляют собой синтетические соединения, имитирующие влажные, но все еще липкие белки, выделяемые мидиями, и предлагают перспективные умные клеи, работающие в воде. Эта технология может помочь с подводным клеем, перевязками, протезами или даже изготовлением автомобильных запчастей и в другом производстве.
Брюс Ли, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Michigan Tech, является участником программы молодых исследователей (YIP) Управления военно-морских исследований (ONR) и показал, как использовать pH для создания умных подводных клеев. Вместе с докторантом Салехом Акрамом Бхуйяном Ли разработал новый метод с использованием электрического тока для отключения адгезии катехолсодержащих материалов.
Выводы команды были опубликованы в Журнале Американского химического общества и подробно описали самую сложную часть процесса – создание повторяемого теста механики контакта, который может измерять адгезию до и после разряда электричества.
«Многие люди использовали катехол для имитации мидий и их липких белков, но применение электричества для его деактивации – новинка», – сказал Ли. «Это удобнее, чем использовать pH, который мы использовали раньше, и его должно быть легче интегрировать с электронными устройствами, что означает, что отсоединение может быть автоматизировано и может быть таким же простым, как нажатие кнопки."
Когда-нибудь катехоловые клеи могут помочь прикрепить оборудование к корпусам подводных лодок, но испытания прототипов в акваланге – это не то, как создаются новые технологии. Вместо этого Ли и Бхуияну нужно контролировать набор переменных в небольшом лабораторном пространстве. Как бы просто это ни звучало, пропустить ток через материал и проверить его липкость на самом деле довольно сложно, делать снова и снова.
Бхуян разработал установку, в которой используется титановая сфера и электрод из платиновой проволоки для электростимуляции адгезива, который находится в контакте со сферой, в присутствии соленой воды.
Этот метод позволяет легко контролировать напряжение, подаваемое через провод, клей и сферу, а также степень солености воды вокруг них. Также важно количество времени, в течение которого выполняется текущий запуск. Чем больше времени, напряжения и соли, тем сильнее окисляются катехиновые клеи и тем меньше клейкость становится. При достаточно сильном напряжении клей отделяется всего за семь секунд.
«Новшество – это применение электричества и короткое время, необходимое для отключения», – сказал Бхуйян. "Что я считаю самым необычным в эксперименте, так это изменение цвета. Он начинает белый, и когда я подаю электричество, и материал деактивируется, он окисляется и становится красным – и нам действительно нравится видеть этот красный цвет."
Следующим шагом в исследовании будет попытка превратить красный цвет обратно в белый.
Отличительной чертой умного клея является не только деактивация адгезии, но и ее повторное включение. Ли и аспирантка Амейя Наркар смогли совершить этот подвиг, играя с pH, что принесло им премию Bhakta Rath Research Award, и Бхуян надеется применить уроки этого исследования к использованию электрического тока.
Катехолсодержащие клеи – от безболезненных повязок до подводного клея, от автомобильного снаряжения до протезов конечностей – являются универсальными и многообещающими материалами.