Если вы попробуете приклеить пластырь на мокрую кожу — ничего не выйдет. Это связано с тем, что вода мешает молекулам клея надежно сцепиться с поверхностью.
Японские ученые создали суперклей для морских глубин
Ученые создали экспериментальный гидрогель, который способен удержать резиновую уточку на скале даже при сильных волнах.
Nature
Почему склеить что-то под водой так сложно
В природе существует несколько способов решения этой проблемы:
- Мидии выделяют особые белки, позволяющие им прилипать к скалам;
- Морские улитки используют особый «биоклей» для постройки своих раковин.
Однако все искусственные клеи так не могут. Даже если специалисты воссоздадут органическое соединение — например, на основе мидий, — они недолговечны. А вот синтетические — эпоксидная смола — часто токсичны и не работают в воде.
Ученые из Университета Хоккайдо создали прозрачный гель, который работает под водой, выдерживает вес взрослого человека на площади с почтовую марку и может отклеиваться и приклеиваться сотни раз. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Как ученые создали гидрогель
Исследователи решили соединить биологию, химию и искусственный интеллект, чтобы создать клей для морских глубин.
Слева: сравнение прочности адгезии под водой (Fa) между известными гидрогелями (литература) и гидрогелями в этом исследовании из интеллектуального анализа данных (DM-driven) и машинного обучения (ML-driven). Справа: Прочность адгезии и работа по отклеиванию (энергия, необходимая для отделения геля от поверхности) для высокоэффективного ML-водорода на нескольких поверхностях.
Сначала они проанализировали 24 707 природных белков, изучили «клеящие» молекулы у гекконов, мидий, бактерий и вирусов и выделили шесть ключевых аминокислотных последовательностей.
Это позволило им создать 180 экспериментальных гелей. Лучший образец был способен удержать 147 килопаскалей — как бутылка шампанского на монете. Однако для практического использования этого было недостаточно.
Тогда ученые использовали алгоритмы ИИ для предсказания новых комбинаций полимеров. После тестов специалисты выбрали два сверхэффективных гидрогеля, не существующих в природе:
- R1-max — выдерживает вес человека на крошечной площади;
- R2-max — мгновенно заклеивает дыры в трубах под давлением.
Слева направо: Хайлун Фань (первый ряд), Цзянь Пин Гун и Хунгуан Ляо из исследовательской группы. Также на фото изображены гидрогели, закрепленные между керамическими (слева), стеклянными (посередине) и титановыми (справа) пластинами, выдерживающими вес 1 кг в обычном физрастворе в течение более года.
В результате у исследователей получился гель, который способен держаться на стекле, металле и керамике более года в соленой воде. Он может растягиваться и сжиматься, не теряя адгезии, а также отклеиваться и снова прилетать до сотни раз.
Где можно использовать гидрогель
Суперклей пригоден не только для подводных технологий и ремонта кораблей без сушки поверхности, но и в медицине. Ученые считают, что на его основе можно сделать хирургические клеи для операций на сердце или сосудах. А также он идеально подойдет для пластырей, которые бы не боялись воды.