Chemia supramolekularna zajmuje się strukturami złożonymi z wielu podjednostek, które powstają samorzutnie w wyniku słabych oddziaływań międzycząsteczkowych, m.in. sił van der Waalsa, słabych wiązań wodorowych lub poprzez wzajemne mechaniczne zaplecenie.
Kleje supramolekularne są pożądane przez chemików i inżynierów, ponieważ oferują szereg możliwości dostosowania do potrzeb klienta. Niestety, do tej pory wydajność takich klejów była co najmniej przeciętna, nie mówiąc już o dużej zależności od warunków środowiskowych.
Czytaj też: Robot z taśmy klejącej sprawdzi ludzkie narządy. Jak pomoże medycynie?
Naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie, pod kierownictwem Kaia Liu, stworzyli klej supramolekularny składający się z dwóch składników, w których jeden to małe białko syntetyzowane w zmodyfikowanych bakteriach, a druga to eter koronowy, cząsteczka w kształcie pierścienia, która może owijać się wokół innej. Po podgrzaniu obu elementów, udało się tak mocno związać obie substancje, że ich przeciwstawne ładunki i inne interakcje molekularne utworzyły blokującą się nawzajem strukturę, która “przyspawała” białka do siebie. W ten sposób uzyskano niezwykle silny efekt adhezyjny.
Co ciekawe, sklejone ze sobą stalowe płyty wytrzymały duże siły ścinające w temperaturze pokojowej, w ciekłym azocie i w temperaturze 200 stopni Celsjusza. Klej działał dla różnych materiałów, a także pod wodą. Tak szerokie spektrum warunków pracy jest rzadko osiągane, nawet w przypadku specjalistycznych klejów i pierwszym dla klejów supramolekularnych.
Warto podkreślić, że elementy blokujące mogą być rozłożone na części i ponownie wykorzystane, a ponownie użyty klej praktycznie nie traci swojej mocy.
Jednym z powodów tego wyjątkowego efektu łączenia, szczególnie w niskich temperaturach, jest ścisłe zazębienie składników, które wyparło wodę z białka. Oznaczało to, że żadne kryształki lodu nie były w stanie utworzyć się podczas zamrażania, co w wielu konwencjonalnych klejach prowadziłoby do przedwczesnego pękania.
Nowy klej może być stosowany do produkcji specjalnych części, które docelowo mają być wystawione na szerokie zakresy temperatur, np. w kosmosie. Więcej o nowym kleju supramolekularnym można przeczytać w czasopiśmie Angewandte Chemie.