Med ett litet drag av elektricitet, biomedicinska ingenjörer vid Michigan Technological University tar en undervattens smart limprototyp från klibbig till inte på sju sekunder.

Att slå på och av vidhäftning är det som gör ett lim smart. Det är en sak att göra detta utomhus och en helt annan under vatten. Inspirerad av naturen, katekoler är syntetiska föreningar som efterliknar de våta men fortfarande klibbiga proteinerna som utsöndras av musslor och erbjuder löfte om smarta lim som fungerar i vatten. Tekniken kan hjälpa till med undervattenslim, sårförband, protesfästen eller till och med tillverkning av bildelar och i annan tillverkning.

Bruce Lee, docent i biomedicinsk teknik vid Michigan Tech, är en del av Office of Naval Researchs (ONR) Young Investigator Program (YIP) och visade hur man använder pH för att göra smarta undervattenslim. Tillsammans med doktorandforskaren Saleh Akram Bhuiyan, Lee utvecklade en ny metod med hjälp av en elektrisk ström för att stänga av vidhäftningen av ett katekolinnehållande material.

Teamets resultat kom ut i Journal of the American Chemical Society och detaljerade den klibbigaste delen av processen – att skapa ett repeterbart kontaktmekaniktest som kan mäta vidhäftning före och efter ett stöt av elektricitet.

"Många människor har använt katekol för att efterlikna musslor och deras vidhäftande proteiner, men att använda el för att avaktivera det är nytt, " sa Lee. "Det är bekvämare än att använda pH som det vi använde tidigare och det borde vara lättare att integrera med elektroniska enheter, vilket innebär att lossning kan automatiseras och kan vara så enkelt som att trycka på en knapp."

En dag kan katekol-lim hjälpa till att fästa utrustning på ubåtsskrov, men att testa prototyper i dykutrustning är inte hur ny teknik skapas. Istället, Lee och Bhuiyan behöver kontrollera en serie variabler i ett litet labbutrymme. Hur enkelt det låter, att köra en ström genom ett material och kontrollera dess klibbighet är faktiskt ganska svårt att göra om och om igen.

Bhuiyan utvecklade en uppsättning som använder en titansfär och en platinatrådelektrod för att applicera elektrisk stimulering på limmet som är i kontakt med sfären i närvaro av saltvatten. Denna metod gör det enkelt att kontrollera spänningen som appliceras genom ledningen, lim och sfär samt hur salt vattnet är runt dem. Hur lång tid strömmen går är också viktigt. Med mer tid, spänning och salt, ju mer katekollimmen oxideras och desto mindre lim blir det. Med tillräckligt stark spänning, limmet lossnar på bara sju sekunder.

"Nyheten är användningen av elektriciteten och den korta tid det tar att lossa, ", sa Bhuiyan. "Det jag tycker är mest ovanligt med experimentet är färgförändringen. Det börjar vitt och när jag lägger på elektriciteten och materialet är inaktiverat, den oxiderar och får en röd färg - och vi gillar verkligen att se den röda färgen."

Nästa steg i forskningen kommer att vara att ta det röda och försöka göra det tillbaka till vitt. Kännetecknet för ett smart lim är inte bara att deaktivera vidhäftningen, men sätter på den igen. Lee och doktoranden Ameya Narkar kunde åstadkomma denna bedrift genom att leka med pH, vilket gav dem Bhakta Rath Research Award, och Bhuiyan hoppas kunna tillämpa lärdomarna från den forskningen till att använda elektrisk ström.

Från smärtfria bandage till undervattenslim, från bilutrustning till proteser, katekolinnehållande lim är mångsidiga och lovande material.