סיקור מקיף

דבקים חדישים בהשראת בעלי-חיים

ישנן רכיכות המייצרות דבק המסוגל להיאחז בחוזקה במתכת ואבן, אפילו במים. כימאים העתיקו את החלבון האחראי לכך לתוך חומר סינתטי המכיל את אותם מאפייני הדבקה.

מין של רכיכות הנצמדות לסלע באמצעות דבק טבעי שהן מייצרות
מין של רכיכות הנצמדות לסלע באמצעות דבק טבעי שהן מייצרות

כימאים יכולים ללמוד מרכיכות. שבלולים, לדוגמא, מייצרים דבק המסוגל להיאחז בחוזקה במתכת ואבן, אפילו במים. כימאים העתיקו את החלבון האחראי לכך לתוך חומר סינתטי המכיל את אותם מאפייני הדבקה. ללא קשר לכך שהחומר מורכב כולו או רק מקצתו בלבד מחלבון זה ההדבקה זהה באיכותה.

ממצאים אלו התגלו ע"י חוקרים ממכון מקס פלאנק למחקר פולימרי ואוניברסיטת גוטנברג בעיר מיינץ (Mainz) שבגרמניה. ייתכן ואפשר יהיה להשתמש בכתשעים אחוזים מהפולימרים שאינם בשימוש לקבלת קשר עמיד בתחומים אחרים ע"י ערבובם עם תוספים כימיים היאפשרו הדבקה למשטחים שאינם מתכת או אבן.

לחלק מהרכיכות יש חיים קשים: כאשר הן ממוקמות על קרקעית הים קרוב לחוף, כוחות הגאות והשפל של הגלים פועלים עליהן באופן קבוע. כדי שלא להיסחף עם הגלים הגועשים הרכיכות משתמשות בחלבונים מיוחדים כדי לקשור את עצמן כהלכה לקרקע בטוחה – יכולת שהמהנדסים עדיין מתקשים להשיג – הדבקה בתוך מים. הרכיכות מצליחות לעשות כן תודות לחומצת האמינו דיהידרוקסיפנילאלאנין, הידועה גם בשמה הקצר Dopa (Dihydroxyphenylalanine). המבנה הכימי שלה מאפשר יצירת קשרים חזקים ביותר עם מתכות ומחצבים והיא כלולה בחלבוני ההדבקה שבעזרתם הרכיכות נאחזות בקרקעית הים.

מדענים מאוניברסיטת מיינץ הצליחו עתה לשכפל את חלבוני ההדבקה של הרכיכות כפולימרים מלאכותיים. אלו כוללים שרשראות ארוכות של פרודות ומכילים את אותם התוספים הכימיים ההופכים את החלבונים של הרכיכות לדביקים. כפי שגילו עתה החוקרים מהאוניברסיטה, למספר היחידות בשרשרת הנושאות עליהן את יחידות הקישור (dopa) אין השפעה כוללת על אופי ההדבקה של השרשראות, בתנאי שכמותן לא פחותה מעשרה אחוזים מכלל השרשרת.

החוקרים מדדו את הכוח הנדרש להם לתלישת שרשראות פולימריות שונות מהמשטח. הם בחנו שרשראות המכילות רק את יחידות ה- dopa (100%) ואחרות שכמות היחידות בהן הייתה רק כחמישית או עשירית מכך. הכוח שנדרש לתלישת פולימר יחיד מהמשטח היה תמיד קבוע – 67 פיקוניוטונים. כוח זה לבדו אינו יכול לשמור את הרכיכה בקרקעית הים. אולם, יצורים אלו קושרים את עצמם בחוזקה עם מעט חומר המכיל כמות עצומה של שרשראות פולימריות, כך שמתאפשר להם להתנגד לתנועת הגלים.

"העובדה כי אופי ההדבקה, במידה מסוימת, אינו תלוי במספר אתרי-הקישור תוכל לאפשר הענקת פונקציות אחרות לאתרים הפנויים בפולימר," אומרים החוקרים. לדוגמא, כימאים יוכלו לייצר פולימר שיוכל להידבק במידה שווה לחומרים שונים. קבוצת ה- Dopa נקשרת בעיקר למתכות ומינרלים. כימאים יוכלו לספק קשרים אחרים בשרשרת הפולימר עם תוספים שיוכלו להיקשר גם לעץ, זכוכית או עצמות. "דבקים חדשים שיוכלו לקשור מתכות ועצמות יהיו מעניינים בתחום של עיגון מפרקים מלאכותיים לגוף," מוסיף אחד מהחוקרים.

בתחילה, החוקרים התפלאו מדוע חוזק ההדבקה של שרשראות הפולימר היה במהותו בלתי-תלוי במספר אתרי-הקישור. "באופן רגיל, אנו מדמיינים את הפולימר הנדבק כמעין נייר-דבק הנקשר לכל אורכו," אומרים החוקרים. אולם, ככל שיש יותר נייר-דבק הנקשר למשטח, כך קשה יותר לתלוש אותו. דגם זה, המתאר את הדבקות של פולימר ככוח רציף, אינו תואם את פעילותם של חלבוני ההדבקה של הרכיכות או את העתקיהם המלאכותיים.

"אנו מדמיינים את הפולימרים שלנו כשרשראות של אתרי-קישור פרטניים הקשורים אליהם כעין קפיצים רופפים," אומר החוקר הראשי. כאשר הם תלשו אותם, הוא וצוותו מדדו רק את הכוח של אתר-קישור יחיד המעוגן למשטח. מידת הצפיפות של אתרי-הקישור בשרשרת הופכת בכך לחסרת השפעה. למידת הצפיפות הזו תהיה השפעה באם הכוח המופעל מתחלק באופן שווה לכל אורכו של הפולימר ולא פועל מקצה אחד לעבר האחר. "באופן מעשי, הדבר מתרחש רק כאשר המשטח הינו מישורי לחלוטין," מסביר החוקר. "רוב המשטחים מחוספסים, ברמה הננומטרית שלהם, כך שכח המופעל על קצה אחד תמיד ישפיע עליו יותר מאשר על הקצה השני."

המדענים תכננו את הניסוי שלהם כך שיוכל לשפוך אור על תהליך ניתוק זה. הם מיקמו חד-שכבה של הפולימר על משטח טיטאניום. באמצעות חוד הטיטאניום של מיקרוסקופ כוח אטומי, אשר מודד ננומטרים אחדים בלבד, הם הרימו שרשרת יחידה של הפולימר בדרך דומה להרמת חוט יחיד משולחן ע"י האצבעות. אז הם משכו את החוד החוצה ומדדו את הכוח הנדרש לכך. הם מצאו כי נדרש כוח של 67 פיקוניוטונים לשבור את הקשר שבין משטח הטיטאניום והקבוצות הפעילות שבפולימר. מאחר וגם הפולימר עצמו מתנהג כקפיץ רופף מידת הכוח נשארת דומה גם עבור שבירת הקשר הבא בתור, כך שבמהלך הניתוק הכוח המופעל נותר קבוע, פחות או יותר. החוקרים מעוניינים עתה להשתמש בממצאים שהתקבלו מניסוי זה לשם ייצור פולימרים בעלי אתרי-קישור לחומרים אחרים.

הידיעה המקורית של מכון המחקר מקס פלאנק

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן