هناك رخويات تنتج غراءًا يمكن أن يلتصق بشدة بالمعادن والحجر، حتى في الماء. وقام الكيميائيون بنسخ البروتين المسؤول عن ذلك إلى مادة اصطناعية تحتوي على نفس خصائص الالتصاق.
يمكن للكيميائيين دراسة المحار. فالحلزونات، على سبيل المثال، تنتج مادة صمغية قادرة على التمسك بقوة بالمعدن والحجر، حتى في الماء. قام الكيميائيون بنسخ البروتين المسؤول عن ذلك إلى مادة اصطناعية تحتوي على نفس خصائص الالتصاق. وبغض النظر عما إذا كانت المادة تتكون كليًا أو جزئيًا من هذا البروتين، فإن جودة الالتصاق هي نفسها.
تم اكتشاف هذه النتائج من قبل باحثين من معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات وجامعة جوتنبرج في ماينز بألمانيا. ومن الممكن والممكن استخدام حوالي تسعين بالمائة من البوليمرات غير المستخدمة للحصول على رابطة متينة في مناطق أخرى عن طريق خلطها مع إضافات كيميائية تسمح بالالتصاق على الأسطح الأخرى غير المعدن أو الحجر.
تعيش بعض الرخويات حياة صعبة: فعندما تتواجد في قاع البحر بالقرب من الشاطئ، تؤثر عليها قوى المد والجزر بانتظام. ولكي لا تجرفها الأمواج الهائجة، تستخدم الرخويات بروتينات خاصة لتلتصق بشكل صحيح بأرض آمنة - وهي القدرة التي لا يزال المهندسون يكافحون من أجل تحقيقها - وهي الالتصاق في الماء. تتمكن الرخويات من القيام بذلك بفضل الحمض الأميني ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين، المعروف أيضًا باسمه المختصر دوبا (ثنائي هيدروكسي فينيل ألانين). يسمح تركيبها الكيميائي بإنشاء روابط قوية للغاية مع المعادن والمعادن، كما أنها تدخل في بروتينات الالتصاق التي تلتصق بها الرخويات بقاع البحر.
نجح علماء من جامعة ماينز الآن في تكرار بروتينات التصاق الرخويات على شكل بوليمرات صناعية. وتشمل هذه سلاسل طويلة من الفورودات وتحتوي على نفس الإضافات الكيميائية التي تجعل بروتينات الرخويات لزجة. وكما اكتشف الباحثون من الجامعة الآن، فإن عدد الوحدات في السلسلة التي تحمل وحدات الربط (دوبا) ليس له تأثير إجمالي على طبيعة التصاق السلسلة، بشرط ألا تقل كميتها عن عشرة بالمائة من السلسلة بأكملها .
قام الباحثون بقياس القوة اللازمة لتمزيق سلاسل البوليمر المختلفة من السطح. لقد قاموا بفحص السلاسل التي تحتوي فقط على وحدات الدوبا (100%)، وغيرها من السلاسل التي كانت كمية الوحدات فيها حوالي خمس أو عُشر تلك الكمية فقط. كانت القوة المطلوبة لتمزيق بوليمر واحد من السطح ثابتة دائمًا - 67 بيكونيوتن. هذه القوة وحدها لا تستطيع إبقاء الرخويات في قاع البحر. إلا أن هذه المخلوقات تربط نفسها بإحكام بكمية صغيرة من المادة التي تحتوي على كمية هائلة من سلاسل البوليمر، بحيث تكون قادرة على مقاومة حركة الأمواج.
يقول الباحثون: "حقيقة أن طبيعة الالتصاق، إلى حد ما، لا تعتمد على عدد مواقع الارتباط المتقاطع، يمكن أن تسمح بتعيين وظائف أخرى للمواقع الشاغرة في البوليمر". على سبيل المثال، سيتمكن الكيميائيون من إنتاج بوليمر يمكنه الالتصاق بالتساوي مع المواد المختلفة. ترتبط مجموعة Dopa بشكل رئيسي بالمعادن والمعادن. سيكون الكيميائيون قادرين على توفير روابط أخرى في سلسلة البوليمر مع إضافات يمكن أن ترتبط أيضًا بالخشب أو الزجاج أو العظام. ويضيف أحد الباحثين: "إن المواد اللاصقة الجديدة التي يمكنها ربط المعادن والعظام ستكون مثيرة للاهتمام في مجال تثبيت المفاصل الاصطناعية بالجسم".
في البداية، تساءل الباحثون عن سبب كون قوة الالتصاق لسلاسل البوليمر مستقلة بشكل أساسي عن عدد مواقع الارتباط المتقاطع. يقول الباحثون: "عادة، نتخيل البوليمر اللاصق كنوع من الشريط اللاصق الذي يربط بطوله بالكامل". ومع ذلك، كلما زاد التصاق الورق اللاصق بالسطح، أصبح من الصعب تمزيقه. وهذا النموذج الذي يصف التصاق البوليمر كقوة مستمرة، لا يتطابق مع نشاط بروتينات التصاق الرخويات أو نسخها الاصطناعية.
يقول الباحث الرئيسي: "إننا نتخيل البوليمرات لدينا كسلاسل من مواقع الارتباط الفردية المرتبطة ببعضها البعض مثل النوابض السائبة". وعندما قاموا بتمزيقها، قام هو وفريقه بقياس قوة موقع ربط واحد فقط مثبت على السطح. وبذلك تصبح درجة كثافة مواقع الارتباط في السلسلة غير فعالة. سيكون لهذه الدرجة من الكثافة تأثير إذا تم توزيع القوة المطبقة بالتساوي على طول البوليمر بالكامل ولا تعمل من طرف إلى آخر. ويوضح الباحث: "من الناحية العملية، يحدث هذا فقط عندما يكون السطح مسطحًا تمامًا". "معظم الأسطح خشنة، عند مستوى النانومتر الخاص بها، لذا فإن التآكل المطبق على أحد الأطراف سيؤثر عليه دائمًا أكثر من الطرف الآخر."
وقد صمم العلماء تجربتهم بحيث تتمكن من تسليط الضوء على عملية الانفصال هذه. لقد وضعوا طبقة أحادية من البوليمر على سطح التيتانيوم. وباستخدام طرف مجهر القوة الذرية المصنوع من التيتانيوم، والذي يبلغ قياسه بضعة نانومترات فقط، رفعوا سلسلة واحدة من البوليمر بطريقة مشابهة لرفع خيط واحد من الطاولة بأصابعك. لذا قاموا بسحب الطرف للخارج وقاموا بقياس القوة المطلوبة للقيام بذلك. ووجدوا أن هناك حاجة إلى قوة قدرها 67 بيكونيوتن لكسر الرابطة بين سطح التيتانيوم والمجموعات النشطة في البوليمر. نظرًا لأن البوليمر نفسه يتصرف أيضًا كنابض مفكك، فإن درجة القوة تظل متشابهة حتى عند كسر الرابطة التالية في الخط، بحيث تظل القوة المطبقة ثابتة أثناء الانفصال، أكثر أو أقل. ويهتم الباحثون الآن باستخدام النتائج التي تم الحصول عليها من هذه التجربة لإنتاج بوليمرات ذات مواقع ربط لمواد أخرى.
