Crustáceo adherido a una superficie.

Aunque haya muchas cosas en la vida que no tienen reparación, siempre es bueno contar con un buen adhesivo para arreglar las que sí. Existen muchos en el mercado, fabricados especialmente para cumplir determinadas funciones, pero aún hay un interés latente por desarrollar uno más potente. Curiosamente, un equipo de ingenieros de la Universidad de Tufts ha encontrado la inspiración para crear un nuevo pegamento en nada más y nada menos que los crustáceos.

En su artículo en la revista Science Advances los científicos describen cómo los percebes y mejillones les proporcionaron las bases para su ingenio. Como resultado, obtuvieron un pegamento no tóxico, super adherente tanto en condiciones húmedas como secas, y más fuerte que la mayoría de los que están disponibles hoy día en el mercado.

Mejillones y percebes producen su propio pegamento

Como muchos sabrán, los mejillones y los percebes se adhieren muy bien a las superficies de los malecones y los barcos y existe una explicación para ello. Los crustáceos segregan sustancias con propiedades particulares que favorecen su adhesividad y que podrían ser útiles, al menos como base, para un pegamento con diferentes aplicaciones.

Los mejillones segregan filamentos largos y pegajosos denominados biso, que a su vez forman polímeros; estos se fijan muy bien a las superficies que tocan y conforman una especie de red química que mantiene su unión y, por consiguiente, los mantiene bien adheridos al material.

Cabe destacar que los polímeros de proteínas están formados por largas cadenas de aminoácidos; entre ellos, dihidroxifenilalanina (DOPA), que lleva catecol y puede reticularse con otras cadenas, aumentando así la fuerza de cohesión. A ello sumamos otro ingrediente especial, los complejos de hierro, que funcionan como un complemento que refuerza las redes de biso.

Por su parte, los percebes secretan un cemento fuerte conformado por proteínas en polímeros, las cuales también confieren un gran poder adhesivo. Estas proteínas disponen sus cadenas de aminoácidos en láminas beta, una disposición en zig-zag en la que pueden formarse muchos enlaces de hidrógeno fuertes, bien con otra proteína en polímero de cemento de percebe o con la superficie con la que tiene contacto.

Crustáceos como inspiración para fabricar un nuevo pegamento

Conscientes de ello, los científicos decidieron usar todas estas referencias naturales como base para crear un nuevo pegamento. Para ello, usaron otro proveedor de la naturaleza, la proteína de fibroína de seda extraída del capullo de los gusanos de seda. Este compuesto tiene casi las mismas características de las proteínas del cemento de percebe, incluída la capacidad de crear láminas beta.

Junto a este, agregaron polidopamina, un polímero aleatorio de dopamina con catecoles de reticulación en toda su extensión. Con este, incluirían las propiedades de las sustancias segregadas por los mejillones. Y, por último, garantizarían una elevada fuerza de adhesión añadiendo cloruro de hierro.

“La combinación de fibroína de seda, polidopamina y hierro reúne la misma jerarquía de unión y reticulación que hace que estos adhesivos de percebe y mejillón sean tan fuertes”, dijo Marco Lo Presti, primer autor del estudio . “Terminamos con un adhesivo que incluso se parece a su contraparte natural bajo el microscopio”.

Un pegamento que supera los más potentes del mercado

Modelo de avión ensamblado con pegamento a base de seda inspirado en crustáceos.
Modelo de avión ensamblado con el nuevo pegamento inspirado en crustáceos y elaborado a base de seda. Crédito: Marco Lo Presti, Universidad de Tufts.

Pero para garantizar la efectividad del nuevo pegamento, tuvieron que experimentar primero. Entonces obtuvieron una mezcla de fibroína de seda y polidopamina curada en condiciones ácidas con iones de hierro capaz de alcanzar resistencias de 2.4 (megapascales) MPa frente a fuerzas de cizallamiento.

Los investigadores destacan que esta resistencia supera con creces la de la mayoría de los adhesivos experimentales y comerciales existentes actualmente. Entre ellos, el OB1 Agarre inmediato y OB1 Superglue, fabricados por la marca OB1, y el MS Náutico, de la marca Fischer.

Aunque es necesario reconocer que la resistencia del pegamento inspirado en percebes y mejillones es ligeramente inferior a la del adhesivo submarino más fuerte con resistencia de 2.8 MPa.

Un pegamento no tóxico con usos industriales, marinos y domésticos

Pero otra de las grandes ventajas que ofrece este pegamento inspirado en crustáceos es su nula toxicidad. En primer lugar, porque está compuesto de materiales totalmente naturales, seguido de que es efectivo en muy pocas cantidades; entre 1 y 2 miligramos por pulgada cuadrada servirían para pegar, lo que equivale a solo unas pocas gotas.

El equipo detrás del desarrollo cree que el nuevo pegamento tendría múltiples aplicaciones a nivel industrial y marino, al ser resistente también al agua. Y, al no ser tóxico, podría ser adecuado también para uso doméstico.

Referencia:

Bioinspired Biomaterial Composite for All-Water-Based High-Performance Adhesives. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202004786