Badeendje blijft uren overeind in de woelige branding

Nog nooit wist een badeend zo fier overeind te blijven in golfslag en getij. Het gele rubberen diertje bleef stug op een steen in de branding zitten, dankzij een superlijm die geïnspireerd is op kleefstoffen uit de natuur.

Neem bijvoorbeeld zeepokken, die zich haast op elk oppervlak onder water kunnen vasthechten met de kracht van secondelijm. Moeiteloos blijven ze zitten op palen van aanlegsteigers, de gladde onderkant van schepen en zelfs op de huid van bultrugwalvissen. Hun geheime recept voor deze kleefkracht schuilt in speciale kleverige eiwitten. Die vormen een zogeheten hydrogel en plakken daardoor ook uitstekend in (zout) water, in tegenstelling tot veel kunstmatige lijmstoffen.

Japanse en Chinese onderzoekers, werkzaam vanuit de universiteit van Hokkaido, probeerden de natuurlijke klevende hydrogels systematisch na te maken en te verbeteren. Daartoe zochten zij in de databank van het National Center for Biotechnology Information verschillende eiwitstructuren die de basis vormen voor deze natuurlijke hydrogels. Dat leverde 24.707 kleverige eiwitten op, niet alleen afkomstig van zeepokken, maar ook van schelpdieren, insecten, spinnen en zelfs van virussen en bacteriën. De eiwitten waren opgebouwd uit ketens van 300 tot 500 aminozuren.

https://www.youtube.com/watch?v=i-mylcHmAZo&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Fpress.springernature.com%2F&source_ve_path=Mjg2NjY

Vervolgens zijn de onderzoekers hieruit de algemene patronen gaan destilleren om op basis daarvan synthetische hydrogels te kunnen maken met dezelfde eigenschappen. In plaats van met aminozuren bouwden ze die met zes verschillende acrylaat-monomeren die ieder een bepaalde fysisch-chemische eigenschap van de aminozuren imiteerde. Zo creëerden ze 180 verschillende synthetische hydrogels, waarvan ze de plakeigenschappen in kaart brachten.

Vervolgens gebruikten ze de gemeten sterktes van deze lijmen als dataset om een machine learning-tool te trainen, waarna ze de AI nieuwe superieure onderwaterlijmen lieten ontwerpen. Een van die hydrogels, genaamd R1-max, werd gebruikt om het badeendje op een gladde steen in de branding te lijmen.

Een andere hydrogel, R2-max, gebruikten de onderzoekers in een andere proef als pleister om een gat van twee centimeter te dichten, terwijl het water onder flinke druk uit een drie meter hoge met water gevulde perspex pijp spoot. De plakker bleef zonder problemen meer dan vijf maanden zitten.

https://www.youtube.com/watch?v=yotPfdy7Dws

De onderzoekers hopen voor hun extreem bestendige hydrogel-lijmen ook biomedische toepassingen te vinden, bijvoorbeeld om (operatie)wonden te dichten of om protheses mee te bekleden.