Forskere fra Aarhus Universitet arbejder på en ny type lim, der efterligner en af naturens mest alsidige former for klister – limen i muslingens skægtråde.
Limen i skægtrådene kan holde muslingens bløde muskelvæv fast på alt fra sten til teflon. Den kan reparere sig selv, hvis den går i stykker, og samtidig fungerer den fint under vand.
De samme egenskaber arbejder forskerne i den såkaldte Muslinggruppe ved Aarhus Universitet på at genskabe i laboratoriet.
Det fortæller arkitekten bag den nye lim.
»Muslinger hæfter sig fast ved hjælp af en speciel type aminosyre i skægtrådene. Aminosyren har vi syntetiseret og indarbejdet i en polymer, der danner basis for en lim med samme unikke egenskaber som muslingens skægtråde,« fortæller lektor Henrik Birkedal fra Kemisk Institut, Aarhus Universitet (Se ordforklaringer i faktaboks ude til højre).
Forskningen i den nye lim er støttet af Det Frie Forskningsråd.
Lim reparerer sig selv
En af hovedingredienserne i den nye lim er aminosyren DOPA, som udgør op mod 20 procent af proteinerne i muslingens skægtråde.
DOPA kan binde til mange forskellige materialer, men aminosyren er specielt god til at binde til jern, der er en ingrediens i både muslingens skægtråde og i den nye lim.
Det vil sige, at lim med DOPA ikke bare binder til andre overflader i forskellige materialer – den binder også til sig selv.
Det gør den på en meget interessant måde.
\ Fakta
Ordforklaring: Aminosyrer er de molekyler, som proteiner er opbygget af. Forskellige aminosyrer giver proteinerne forskellige egenskaber. Der findes 20 universelle aminosyrer, som alle levende væsners proteiner er opbygget af. Dertil kommer nogle unikke aminosyrer, som eksempelvis DOPA, der har særlige egenskaber. En polymer er betegnelsen for lange molekyler, der er opbygget af mange ens små molekyler, eksempelvis polyethylen (plastik), der består af mange ethylen-molekyler, der danner lange kæder. I den nye lim har forskerne benyttet molekyler, der danner lange bionedbrydelige polymerer, kaldet poly-allylamin. pH er en talværdi for surhedsgraden af en vandig opløsning. Den går fra 0 til 14, hvor 0 indikerer en høj surhedsgrad og 14 indikerer et højt baseindhold. 7 angiver, at opløsningen er neutral i sit syre-base-forhold.
Når limen går i stykker, og selve polymererne i limen bliver revet fra hinanden, bliver bindinger mellem DOPA og jern revet over. Men DOPA tiltrækkes så meget af jernet, at aminosyren griber fat i metallet på ny, og på den måde binder polymerne sammen og reparerer limen igen.
»Limen er på den måde selvhelende,« siger Henrik Birkedal.
Kan lime mennesker sammen
En af de oplagte anvendelsesmuligheder i den nye selvhelende lim er at lime væv sammen efter eksempelvis en operation eller at lukke sår efter et trafikuheld.
Her er en af udfordringerne, at limen skal kunne fungere på våde eller fugtige overflader.
Det er der ikke mange former for lim, der kan, men det problem har muslingen løst for forskerne for mange hundrede millioner år siden, da DOPA fra naturens side er designet til netop at fungere under vand.
En anden medicinsk fordel ved den nye lim er, at polymeren i limen er bionedbrydelig over tid, og da limen kan reparere sig selv, vil den hele tiden kunne udbedre eventuelle brud i limen, indtil polymeren er helt opløst, og såret har dannet arvæv.
»Limen adresserer et stort uløst problem, når det handler om at lime væv sammen. Derfor er det oplagt, at bruge limen i kroppen. Men den kan ret beset bruges alle steder, hvor man gerne vil have forskellige typer materiale til at sidde sammen,« forklarer Henrik Birkedal.
Lim skifter form
En del af det innovative design i den nye lim er dens evne til at skifte fra at være flydende som vand til at være en klistret og limende gele.
Det sker ved hjælp af nogle andre aminosyrer, som forskerne ligeledes har fundet i muslingens skægtråde.
Aminosyrerne gør, at polymeren er opløselig i en sur væske, hvor pH’en er lav. Det vil sige, at den slet ikke fungerer som en lim.
\ Fakta
Projektet er støttet med midler fra Det Frie Forskningsråd. Rådet finansierer forskningsaktiviteter, som er baseret på forskernes egne initiativer. Rådet giver desuden forskningsfaglig rådgivning.
Når pH’en stiger og nærmer sig neutral ellers svagt basisk, ændrer strukturen i polymererne sig, og væsken bliver til en klistret gele, der kan lime.
Det giver limen et ekstra godt greb i overflader.
»Tanken er, at vi kan påføre limen, mens den er flydende. Derved kommer den lettere ned i alle de mikroskopiske huller og strukturer, der er i overfladen. Derefter gør vi omgivelserne svagt basiske, hvilket gør væsken til en lim, der nu har et virkelig godt greb i overfladen,« fortæller Henrik Birkedal.
Skal afprøves på dyr
Forskerne har allerede ’opfundet’ limen, men den er ikke perfekt endnu. Henover de næste tre år skal forskerne lære at kontrollere limen, så den agerer på den måde, de gerne vil have den til.
Det vil sige, at de skal have fuld kontrol over, hvornår den skifter fra flydende til gelé. Forskerne skal også optimere vedhæftningsevnen til forskellige typer materiale.
I bestræbelserne på at opnå dette, afprøver forskerne forskellige typer metal i limen og forskellige koncentrationer af de forskellige komponenter.
Forskningsprojektet skal gerne munde ud i, at forskerne kan afprøve den nye lim på dyr.
»Vi håber på, at vi inden for de næste tre år har en formel, der kan lime væv sammen i dyr. Opnår vi det, har vi forhåbentlig også en lim, der kan lime alle former for materiale sammen,« siger Henrik Birkedal.
Henrik Birkedal har allerede lavet et ikke-helt-så-videnskabeligt forsøg med limen og to stykker flæskesteg fra den lokale smørrebrødsjomfru. Forsøget var ikke et ’hole in one’, men forskerne så nogle lovende tendenser.
