Finns det något sätt att fästa ihop hårda och mjuka material utan tejp, lim eller epoxi? En ny studie publicerad i ACS Central Science visar att en liten spänning på vissa föremål bildar kemiska bindningar som säkert länkar samman föremålen. Att vända riktningen på elektronflödet skiljer lätt de två materialen åt. Denna elektroadhesionseffekt kan hjälpa till att skapa biohybridrobotar, förbättra biomedicinska implantat och möjliggöra ny batteriteknologi.
När ett lim används för att fästa två saker, binder det ytorna antingen genom mekaniska eller elektrostatiska krafter. Men ibland är dessa attraktioner eller band svåra, för att inte säga omöjliga, att ångra. Som ett alternativ undersöks reversibla vidhäftningsmetoder, inklusive elektroadhesion (EA).
Även om termen används för att beskriva några olika fenomen, innebär en definition att en elektrisk ström går genom två material som får dem att hålla ihop, tack vare attraktioner eller kemiska bindningar. Tidigare har Srinivasa Raghavan och kollegor visat att EA kan hålla ihop mjuka, motsatt laddade material och till och med användas för att bygga enkla strukturer. Den här gången ville de se om EA reversibelt kunde binda ett hårt material, såsom grafit, till ett mjukt material, såsom djurvävnad.
Teamet testade först EA med två grafitelektroder och en akrylamidgel. En liten spänning (5 volt) applicerades under några minuter, vilket fick gelén att permanent fästa vid den positivt laddade elektroden. Den resulterande kemiska bindningen var så stark att gelén slets sönder innan den lossnade från elektroden när en av forskarna försökte vrida isär de två delarna.
Noterbart, när strömmens riktning vändes, separerades grafiten och gelén lätt - och gelén fäste istället vid den andra elektroden, som nu var positivt laddad. Liknande tester kördes på en mängd olika material – metaller, olika gelkompositioner, djurvävnader, frukter och grönsaker – för att bestämma fenomenets förekomst.
För att EA skulle uppstå fann författarna att det hårda materialet måste leda elektroner och det mjuka materialet måste innehålla saltjoner. De antar att vidhäftningen uppstår från kemiska bindningar som bildas mellan ytorna efter ett utbyte av elektroner. Detta kan förklara varför vissa metaller som håller fast vid sina elektroner starkt, inklusive titan, och vissa frukter som innehåller mer socker än salter, inklusive vindruvor, inte kunde fästa i vissa situationer.
Ett sista experiment visade att EA kan uppstå helt under vattnet, vilket avslöjar ett ännu bredare spektrum av möjliga tillämpningar. Teamet säger att detta arbete kan bidra till att skapa nya batterier, möjliggöra biohybridrobotik, förbättra biomedicinska implantat och mycket mer.
Mer information: Reversibelt fästande av metaller och grafit till hydrogeler och vävnader, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.3c01593. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.3c01593
Tillhandahålls av American Chemical Society
