Bastoncini di carne: “È strano che questo fenomeno sia stato scoperto solo adesso”.

Il cibo è considerato tabù in molti laboratori, ma non nel mondo di Srinivasa Raghavan dell’Università del Maryland, USA. Lì, il suo team ha recentemente testato la capacità di pollo, bacche e banane di aderire a elettrodi di metallo o grafite dopo averli brevemente esposti a un campo elettrico. Sono stati testati anche campioni di idrogel sintetici e naturali, come quelli realizzati con gelatina e alginato. In breve, si trattava di incollare materiali morbidi con un elevato contenuto di acqua su superfici dure.

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Gli stessi ricercatori sono rimasti sorpresi dal risultato. Non solo: i test adesivi di molti gruppi hanno avuto successo. L'effetto può anche essere invertito con una tensione di polarità opposta. Le comunicazioni durarono almeno mesi e “resistono ancora oggi”, afferma lo studio, ed erano impermeabili. Il team ha recentemente pubblicato i risultati dei test sulla rivista specializzata Centrale scientifica ACS Pubblicati, potrebbero essere utilizzati in futuro nella robotica, nella medicina e come un nuovo tipo di batteria.

“È strano che questo fenomeno relativamente semplice sia stato scoperto solo ora”, dice Raghavan. Finora sembra che nessuno abbia indagato la questione in modo sistematico. Tuttavia, sperimentare con la sua squadra è stato un altro passo logico. “Lavoriamo con i gel e l'elettroforesi da molto tempo”, afferma il ricercatore. Tra le altre cose, il suo team ha scoperto che gli idrogel aderiscono ai tessuti biologici con l'assistenza elettrica. Questa scoperta potrebbe portare in futuro alla produzione di cerotti in gel che aiutano la guarigione delle ferite, come hanno riportato i ricercatori sulla rivista nel 2021. natura menzionato.

Esperimenti con idrogel, frutta e carne

Per i loro nuovi esperimenti, i ricercatori hanno bloccato campioni di materiali ricchi di acqua tra due piastre di metallo o grafite e hanno applicato una tensione elettrica. Come campioni di prova sono stati utilizzati idrogel, banane sbucciate, mele e uva, nonché campioni di tessuti di polli, maiali e bovini. I ricercatori hanno anche testato diversi metalli e osservato gli effetti di diversi voltaggi e tempi di elettrificazione.

Un campione cilindrico di idrogel fatto di acrilammide – alto cinque centimetri, due centimetri di diametro e del peso di 30 grammi – ha aderito fortemente all’anodo di grafite dopo soli tre minuti a cinque volt. Il legame era così forte che il gel si strappò nel tentativo di separarlo. Tuttavia, se viene applicata una tensione di segno opposto, il contatto verrà rilasciato in modo non distruttivo. Senza ulteriori interventi, l'effetto adesivo dei campioni è rimasto per diversi mesi. Lo studio afferma che il materiale non dovrebbe seccarsi. Altrimenti si restringerà nell'aria e il contatto si allenterà.

Durante gli esperimenti, il team ha trovato alcune connessioni generali. È stato riferito che “la forza di adesione aumenta con l’aumentare della tensione, del tempo nel campo elettrico e della conduttività ionica del gel”. Quest'ultima può essere aumentata aggiungendo sale. I sali sono composti da ioni con carica opposta e quindi portatori di carica: il cloruro di sodio, noto come sale comune, è composto da ioni sodio con carica positiva e ioni cloruro con carica negativa.

Risultati contrastanti

Tuttavia, non è stata raggiunta una conclusione generale sul fatto che questo sia il caso e quale materiale morbido e ricco di acqua aderisce a quale elettrodo. Mentre pomodori, manzo e pollo si attaccavano all’elettrodo positivo dopo essere stati elettrizzati, mele e maiali si attaccavano all’elettrodo negativo. Banane, cipolle e patate si attaccarono a entrambi gli elettrodi, così come il gel di gelatina. Questi collegamenti non potranno più essere interrotti nemmeno invertendo la tensione. L'effetto adesivo non si è manifestato affatto con altre sostanze testate, ad esempio con uva, mirtilli o cetrioli. I ricercatori sospettano che la causa di ciò sia il contenuto di sale troppo basso e quindi il numero insufficiente di ioni elettricamente conduttivi.

C'erano anche differenze nei minerali. Ad esempio, rame, piombo e stagno si attaccavano al gel a base di acrilammide dopo l'applicazione di una tensione continua, ma nichel, ferro, zinco e titanio non si attaccavano tra loro. I ricercatori scrivono che questo fenomeno deve avere qualcosa a che fare con i processi elettrochimici alle interfacce. I metalli con effetto adesivo sono più nobili degli altri e non rilasciano facilmente gli elettroni. Secondo l'ipotesi dei ricercatori, la tensione applicata ha quindi principalmente un effetto ossidante sul gel, che a sua volta crea l'effetto adesivo.

Il fenomeno della cosiddetta adesione elettrostatica di per sé non è nuovo. Intorno al 1920, gli ingegneri danesi Frederik Alfred Johnsen e Knud Rahbek riferirono che alcuni materiali porosi aderivano ai metalli attraverso la polarizzazione elettrica. Hanno usato alte tensioni elettriche per i loro esperimenti. Di conseguenza, i materiali alle interfacce si caricavano elettricamente in direzioni opposte e poi si univano come i poli nord e sud di un magnete. Tuttavia, questa attrazione elettrostatica scompare una volta interrotta l'elettricità.

Una gamma colorata di possibili applicazioni

Più recentemente, questo è stato effettivamente raggiunto attraverso l’elettricità Per ottenere un'adesione permanente tra il vetro e l'idrogelMa utilizzando solo una serie di materiali molto specifici, ha osservato il team di Raghavan nello studio. Il nuovo effetto non è universale, ma offre un’ampia gamma di possibili usi.

Il gruppo ha già realizzato prototipi per alcune applicazioni: un tipo di pinza elettrica che solleva, trattiene e rilascia il gel con la semplice pressione di un pulsante, un sistema robotico morbido con “muscoli” di gel tra due piastre metalliche e un prototipo di gel. Batteria: rame come elettrodo positivo, zinco come elettrodo negativo e due gel diversi nel mezzo. Forse il caso d’uso più importante è la medicina, dice Raghavan. Egli spera che in futuro le protesi metalliche possano essere fissate meglio ai tessuti grazie al nuovo effetto adesivo.

(quello)