Fuld fart på forskning i selvhelende lim

Lektor Henrik Birkedal med et par håndfulde af den slags blåmuslinger, som forskergruppen på Aarhus Universitet nu har fået yderligere 5 mio. kr. til at forsøge at efterligne. Foto: Lise Balsby, AU Foto

Forskere på Aarhus Universitet kan med en økonomisk saltvandsindsprøjtning på 5 mio. kr. tage et stort spring fremad i kapløbet om at lave den smarteste efterligning af blåmuslingernes fantastiske lim.

Forestil dig en lim, som kan binde til både metal og kød, også under vand, og som oven i købet kan reparere sig selv, hvis den revner.

Sådan en lim har faktisk eksisteret længe - men den har hidtil været forbeholdt muslinger, der bruger den til at klæbe sig fast på omtrent hvad som helst under havets overflade.

Videnskaben har længe forsøgt at afsløre opskriften på muslingernes lim – og ikke mindst at kopiere den.

En sådan lim vil f.eks. kunne bruges i sundhedsvæsenet til at lukke sår med i stedet for plaster, og måske endda til at lime i stedet for at sy væv sammen under operationer. Eller det kan bruges som coating, f.eks. i form af selvreparerende maling på biler eller skibe.

I løbet af de sidste 5-6 år er det lykkedes at afsløre så mange detaljer fra muslingernes opskrift, at det nu er muligt at efterligne den – til en vis grad, i hvert fald. Og med de store teknologiske, medicinske og kommercielle perspektiver i et sådant materiale er der naturligvis et internationalt kapløb i gang om at finde de smarteste måder at gøre det på.

Penge til flere forskere

På Aarhus Universitet er lektor Henrik Birkedal helt fremme i feltet og har netop fået bevilget godt fem mio. kr. fra Det Frie Forskningsråd til at sætte yderligere skub i processen fra blåmusling til operationsstue for.

Henrik Birkedal hører hjemme på Institut for Kemi og leder en forskergruppe på universitetets tværvidenskabelige center for nanoteknologi, iNANO, med fokus på netop muslingernes lim.

Gruppen består i øjeblikket af tre Ph.d.-studerende, en postdoc og tre specialestuderende. Pengene fra Det Frie Forskningsråd skal bruges til at udvide den nuværende gruppe med endnu en Ph.d.-studerende og en postdoc .

- Vores mål er at udvikle nye smarte selvhelende materialer med afsæt i blåmuslingens lim. Det er det, de nyansatte kommer til at arbejde videre med. Samtidig er gruppen en del af et større hele, hvor vi også arbejder med andre af biologiens materialer, fortæller Henrik Birkedal.

Det er i øvrigt ikke første gang, muslingegruppen får en økonomisk saltvandsindsprøjtning. For et år siden kom der således en million kr. fra Lundbeckfonden.

Patent-ansøgning og iværksætteri

Udviklingsarbejdet er så langt fremme, at lektor Henrik Birkedal og Ph.d.-studerende Marie Krogsgaard i år har opfundet en særlig smart udgave af kunstig muslingelim, som universitetet i foråret 2012 har søgt patent på.

Patentansøgningen har desuden afstedkommet, at projektet er udtaget til at deltage i et inkubationsforløb i iværksætterprogrammet Accelerace Bio, der har til huse i forskerparken Copenhagen Bio Science Park (COBIS). Det betyder, at et medlem af Accelerace Bio’s team medvirker i den kommercielt rettede del af projektet som både inspirator og ”billig arbejdskraft”.

Sådan gør muslingerne

Før vi tager fat på den, må vi hellere lige se på, hvordan muslingerne selv gør det:

Klik på hvert enkelt foto for at se detaljer
Fotos: Marie Krogsgaard, AU

Blåmuslingen opbevarer sin lim i en kirtel bagest i sin fod, og når den finder en passende overflade (som akvarieglasset på fotorækken herover), sprøjtestøber den en skægtråd inde i et hulrum i foden. Skægtråden har et højt indhold af aminosyren DOPA og jern. Jernet og de lange DOPA-molekyler binder sig meget kraftigt til hinanden – men kun hvis de befinder sig i et miljø med høj pH-værdi. Det smarte er, at pH-værdien er lav inde i muslingens fod men høj i havvandet, så limen er flydende lige ind til muslingen trækker sin fod tilbage; størkner den straks til en sej og stærkt klæbende tråd (byssus), som endda kan reparere sig selv, hvis den sprækker.

Sådan gør de i Aarhus

Muslingegruppen på Aarhus Universitet har i samarbejde med forskere i USA lavet en efterligning af det selvreparerende materiale ved kemisk at montere syntetiske DOPA-molekyler på nogle kunstigt skabte PolyEthylenGlycol-polymerer (lange molekyler), der er ugiftige og biologisk nedbrydelige. Ved at tilføje jern-ioner til disse PEG(DOPA)-molekyler i et surt miljø og derefter gradvist gøre miljøet mere basisk kan man få blandingen til både at være klistret og selvhelende.

Den nye opfindelse, som der er søgt patent på, er et rent dansk projekt.

- Det særlige ved vores opfindelse er, at vi bruger smarte polymerer, som i sig selv bliver mere eller mindre flydende afhængig af pH-værdien. Det vil sige, at polymerernes struktur vil kollapse over en given pH-værdi, hvorved gelen også kollapser og bliver til væske igen. Da det kan klæbe under vand er det oplagt at bruge det til at klæbe sår sammen med, og til at stoppe blødninger med i forbindelse med f.eks. trafikuheld, forklarer Henrik Birkedal.

Stort potentiale

 

Og det ser gruppens ”forretningsmentor”, Morten Heide (som har arbejdet mange år i BIOTEK-branchen), et stort potentiale i:

- Det interessante er, at limen fungerer i væske og kan klæbe dissimilære ting som metal og væv sammen. Min opgave den kommende tid består i at undersøge, hvilke ønsker industrien kan have til et sådant produkt og derefter finde ud af, om produktet vil kunne opfylde disse ønsker. Det kan så ende i en endnu spinout-virksomhed fra Aarhus Universitet, siger han.


Sådan heler limen

Foto og grafik: Henrik Birkedal

Det nye materiale er selvhelende, lige som muslingernes klister er det. Hvis man trækker i det, til det knækker, vil DOPA-molekylerne blot finde nogle andre metal-ioner at binde sig til.

Billedet til højre viser den samme lille klump kunstig muslingelim i fem forskellige stadier. Øverst til højre er klumpen skåret i to dele. Billedet derunder er taget få sekunder efter at man har skubbet de to halvdele sammen; da er de allerede i gang med at blive ét igen. De næste billeder i pilens retning er taget i løbet af de følgende 45 minutter, hvorefter der ikke længere er spor af snittet.

Denne artikel er bragt i RØMER, Nyhedsbrevet fra Aarhus Universitet Science and Technology.

Tilmeld dig her og modtag nyheder en gang om måneden.