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Die klebrigen Fäden von Miesmuscheln könnten dazu inspirieren, Ölverschmutzungen zu beseitigen, Wasser zu reinigen und vieles mehr

Wenn von Muscheln die Rede ist, fällt einem vielleicht ein schöner Teller mit Moules-Frites ein, aber manche Muscheln sind schmackhafter als sie. Dutzende von Muschelarten, die sowohl im Süß- als auch im Salzwasser leben, sind ein großes Ärgernis. Sie sind dafür bekannt, dass sie hartnäckig an Felsen, Pfeilern und Booten kleben und sich per Anhalter zu neuen Orten bewegen. Eine neue Übersicht über Studien in der Zeitschrift Matter legt jedoch nahe, dass Muscheln, die so verrückt werden - ihre Klebekraft - vielfältige Anwendungen in der Technik haben können.

Tatsächlich berichtet Susie Nelson vom NPR, dass das Haftvermögen von Muscheln unter Wasser so beeindruckend ist, dass daraus ein ganzes Forschungsgebiet hervorgegangen ist, das sich Muschel-inspirierte Chemie nennt. Die Forscher bewerteten die jüngsten Fortschritte, die von den Muscheln inspiriert waren, und stellten fest, dass die Klebrigkeit von Muscheln alle möglichen Anwendungen haben kann, einschließlich der Beseitigung von Ölverschmutzungen, der Reinigung von Wasser und der Bildung eines universellen roten Blutkörperchens.

Warum haften Muscheln so gut an Felsen und Bootspropellern? Laut einer Pressemitteilung kommt diese Haftkraft von dünnen Byssusfäden, Filamenten, mit denen sie sich an Felsen festhalten und die oft als "Bart" der Muschel bezeichnet werden. Diese Fäden verwenden eine Aminosäuregruppe namens Dihydroxyphenylalanin oder DOPA, bei der einige chemische Tricks, wie die Wasserstoffbindung, angewendet werden, um eine superdichte Bindung mit allen Arten von Substraten herzustellen.

Basierend auf diesen Fäden haben Chemiker eine künstliche Version des Muschelklebers namens Polydopamin oder PDA entwickelt. Und genau dafür finden Ingenieure neue Verwendungsmöglichkeiten.

Der Koautor der Studie, Seth Darling, Direktor des Zentrums für Molekulartechnik am Argonne National Laboratory, hat beispielsweise mit PDA experimentiert, um Schwermetalle aus dem Wasser zu entfernen, da die Verbindung geladene Partikel abstößt und Wasser anzieht, berichtet Nelson von NPR . Das Material zu optimieren könnte auch ähnliche Reinigungsfunktionen mit organischen Schadstoffen, Krankheitserregern und Ölverschmutzungen ausführen, was im kleinen Maßstab getestet wurde.

"Wenn Sie ein Öl-Wasser-Gemisch gegen diese Membran legen, wird das Öl spontan durch die Poren übertragen und das Wasser bleibt zurück", sagt Darling.

Laut der Pressemitteilung verwendet eine Gruppe von Wissenschaftlern in China das Material auch, um ein universelles rotes Blutkörperchen zu entwickeln, das für jeden, unabhängig von der Blutgruppe, verwendet werden kann. Eine Beschichtung, die vom Muschelklebstoff auf der Blutzelle inspiriert ist, verbirgt ihn im Wesentlichen vor dem körpereigenen Immunsystem, das normalerweise unverträgliche Blutzellen angreift. Das Material könnte auch zur solaren Dampferzeugung eingesetzt werden, bei der Sonnenlicht Wasser in Dampf umwandelt. Dieses Verfahren kann zum Destillieren und Sterilisieren von Wasser sowie zur Stromerzeugung eingesetzt werden.

Der Chemieingenieur von Georgia Tech, Blair Brettmann, der nicht an der Studie beteiligt war, erklärt Nelson, dass die potenziellen Wasserreinigungsanwendungen aufregend sind und die Materialien auch zu Dingen führen können, wie z. B. medizinischen Klebstoffen, die in feuchter Umgebung klebrig bleiben können.

Laut Co-Autor Hao-Cheng Yang, Ingenieur an der Sun Yat-Sen-Universität, gibt es noch einige wichtige Hindernisse für eine muschelinspirierte Zukunft.

"Trotz Einfachheit und Effektivität gibt es immer noch einige inhärente Einschränkungen", sagt Yang. „Alkalische Bedingungen sind normalerweise erforderlich, um die Polymerisation von Dopamin zu realisieren. Daher kann es nicht auf Materialien angewendet werden, die unter alkalischen Bedingungen instabil sind. Darüber hinaus ist die Abscheidung von PDAs ein zeitaufwändiger Prozess - es dauert mehrere zehn Stunden, um eine gleichmäßige Beschichtung auf den meisten Materialoberflächen zu erzielen. “

Es ist auch möglich, dass ein Teil der Klebekraft der Muscheln auf die Bildung dichter Kolonien zurückzuführen ist - die Ansammlung von Weichtieren kann bestimmte Aminosäuren kombinieren, um die Kolonie noch adhäsiver zu machen. In dem Artikel heißt es, dass die Herstellung von Dopamin teuer ist. Daher schlagen sie vor, dass Materialwissenschaftler sich eingehender mit ähnlichen pflanzlichen Verbindungen wie Gerbsäure befassen.

Mit anderen Worten, es gibt noch viel über die Klebrigkeit von Muscheln zu lernen, bevor die Weichtiere von unseren Tellern fallen und in eine biotechnologische Zukunft führen.

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