Musslor är ökända maritima fripassagerare kända för att skada båtars skrov, men samma vidhäftningsegenskaper har utbredda tekniska tillämpningar, Det skriver forskare i Kina och USA i en recension som publicerades den 10 juli i tidskriften Materia . De antyder att musseltrådarnas kemi är inspirerande tekniska innovationer som adresserar ett brett spektrum av problem, från att sanera oljespill till att behandla förorenat vatten.

Musslor står emot kraftfulla strömmar och kraftfulla vågor genom att fästa sig vid stenar med kluster av tunna, överraskande hårda byssus -trådar. Dessa trådar har sin vidhäftningsförmåga till en aminosyragrupp som kallas dihydroxifenylalanin (DOPA), som klamrar sig fast vid ytan genom att utföra en serie molekylär gymnastik, inklusive vätebindningar och hydrofoba och elektrostatiska interaktioner.

Forskare har funnit att DOPA kan fästa vid alla typer av fasta substrat genom dessa interaktioner - och det kan dopamin, en molekyl med liknande struktur som DOPA. Forskning som tyder på att dopamin kan bilda en universell beläggning på ett brett spektrum av substrat stimulerade tillväxten av musselinspirerad kemi som ett kraftfullt nytt verktyg för materialyteteknik och miljövetenskap.

"Musslor anses allmänt vara en olägenhet i marin industri eftersom de kommer att kolonisera nedsänkta ytor, " säger Hao-Cheng Yang, forskare vid School of Chemical Engineering and Technology vid Sun Yat-sen University i Kina. "Men ur en annan synvinkel, den robusta fästningen av musslor på substrat under vatten har inspirerat till en biomimetisk strategi för att uppnå stark vidhäftning mellan material i vatten."

En mängd olika musselinspirerade innovationer är redan på gång. En grupp forskare i Kina har utvecklat en universell röd blodkropp, som kan accepteras av individer av alla blodtyper, som fungerar genom att använda musselinspirerade beläggningar för att skydda cellen från upptäckt av kroppens immunsystem (och därför förhindra det destruktiva immunsvar som skulle resultera).

Annan forskning har lyckats utveckla överlägsna material för att separera olja och vatten, som skulle kunna bidra till att mildra miljöskador på havsmiljöer efter oljeutsläpp. Till skillnad från vissa tidigare utvecklade material, forskare tror att dessa musseldrivna innovationer kan vara lämpliga för storskalig produktion. Musslor har också inspirerat till framsteg inom vattenreningsteknik. Innovativa material som kan ta bort tungmetaller, organiska föroreningar, och patogener från avloppsvatten utvecklas från polymeriserat dopamin, som lätt binder till dessa föroreningar eller till andra material med sådana infångningsegenskaper.

Dock, även om musslornas bindningsegenskaper har inspirerat en mängd nyare forskning, utmaningar måste fortfarande övervinnas innan de kan tillämpas i den verkliga världen. Forskare arbetar fortfarande för att till fullo förstå sambanden mellan struktur och egenskaper hos musselinspirerade kemikalier som polydopamin och att förstå det komplexa nätet av interaktioner mellan aminosyror som påverkar deras adhesiva egenskaper.

"Trots enkelhet och effektivitet, det finns fortfarande vissa inneboende begränsningar, "säger Yang." Alkaliska förhållanden behövs vanligtvis för att realisera polymerisationen av dopamin, så det kan inte appliceras på material som är instabila under alkaliska förhållanden. Dessutom, avsättningen av PDA är en tidskrävande process - det tar tiotals timmar att bilda en enhetlig beläggning på de flesta materialytor."

Vissa forskare hoppas kunna övervinna dessa utmaningar genom att hitta billiga, stabil, och säkra substitut till polydopamin, såsom polyfenoler.