Reversible Supramolecular Assembly of Velvet Worm Adhesive Fibers via Electrostatic Interactions of Charged Phosphoproteins

Baer, Alexander B.; Hänsch, Sebastian; Mayer, Georg; Harrington, Matthew J.; Schmidt, Stephan

doi:10.1021/acs.biomac.8b01017

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“…Die Klebeeigenschaften dieses Stoffes sind nahezu universell. Nicht nur an allen möglichen Oberflächen in den natürlichen Lebensräumen haftet dieser Kleber bei mechanischer Beanspruchung zuverlässig, sondern auch unter Wasser und selbst an stark wasserabweisenden Oberflächen wie dem Teflon ® .…”

Section: Der „Sekundenkleber“ Und Die Verwandlung Zur Robusten Faserunclassified

“…Die restlichen 10 Prozent sind Trockensubstanz und setzen sich zur Hälfte aus Proteinen sowie freien Aminosäuren (Bausteinen der Proteine) zusammen. Nur geringfügig sind Fette und Zucker enthalten . Die Proteine lassen sich in zwei Größenklassen einteilen.…”

Section: Die Zusammensetzung Und Nanostruktur Des Fang‐ Und Abwehrsekunclassified

“…Im Sekret liegen Aminosäuren auch in freier Form vor (Glycin, Aspartat und Glutamat). Eine Elementanalyse ergab zudem, dass Phosphor, Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium, welche nicht Bestandteil der Proteine sind, hochkonzentriert im Sekret vorliegen . Es ist also davon auszugehen, dass diese Elemente gebunden oder als freie Ionen ebenfalls wichtige Funktionen im Schleim erfüllen.…”

Section: Die Zusammensetzung Und Nanostruktur Des Fang‐ Und Abwehrsekunclassified

“…Es wurde festgestellt, dass Wasser einen Auflösungseffekt auf die Bindungen zwischen den Eiweißmolekülen hat. Darüber hinaus wurde sogar nachgewiesen, dass sich die Proteine selbstständig wieder zu den ursprünglichen Nanopartikeln zusammenfinden . Diese Beobachtungen legen den Schluss nahe, dass die Bindungen zwischen den beteiligten Molekülen nicht fest (also nicht‐kovalent) sind.…”

Section: Die Zusammensetzung Und Nanostruktur Des Fang‐ Und Abwehrsekunclassified

“…Im natürlichen Schleim lassen sich zuverlässig und unkompliziert Fasern bilden, indem man mit einem Stäbchen durch die Flüssigkeit fährt. Bei einer Erhöhung der Salzkonzentration ist die Faserbildung erst stark beeinträchtigt und bald nicht mehr nachweisbar (Abbildung ) . Einen noch drastischeren Effekt auf die Faserbildung hat die Änderung das pH‐Wertes.…”

Section: Faserbildung Durch Elektrostatische Wechselwirkungenunclassified

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Der „Sekundenkleber“ der Stummelfüßer

Baer¹,

Oliveira²,

Schmidt³

et al. 2019

Biologie in unserer Zeit

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Zusammenfassung Der biologische Sekundenkleber der Stummelfüßer ist eine Quelle der Inspiration für die nachhaltige Produktion „intelligenter“ polymerbasierter Materialien. In der Natur jagen die Stummelfüßer ihre Beute mit dem proteinreichen Sekret, welches in der Lage ist, enorm belastbare Fasern zu bilden. Die Anleitung für diese Transformation ist in den Bausteinen programmiert und läuft selbstständig ohne jegliche Regulation durch den tierischen Körper ab. Elektrostatische Wechselwirkungen zwischen geladenen Proteinarealen und Ionen bewirken die Faltung, Zusammenlagerung (Koazervation) und Stabilisierung der Bausteine in nanoskopisch kleine Speicherpartikel. Mechanische Einwirkung von außen löst den Umwandlungsprozess zu reißfesten Fasern aus. Die Speicherpartikel verschmelzen, die Proteine entfalten sich teilweise und gehen miteinander starke Bindungen ein. Die physikalisch‐chemischen Prinzipien werden sich künftig extrahieren lassen und neue Wege der Biomaterialsynthese ermöglichen.

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Section: Der „Sekundenkleber“ Und Die Verwandlung Zur Robusten Faserunclassified

Section: Die Zusammensetzung Und Nanostruktur Des Fang‐ Und Abwehrsekunclassified

Section: Faserbildung Durch Elektrostatische Wechselwirkungenunclassified

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Der „Sekundenkleber“ der Stummelfüßer

Baer¹,

Oliveira²,

Schmidt³

et al. 2019

Biologie in unserer Zeit

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Bioinspired Processing: Complex Coacervates as Versatile Inks for 3D Bioprinting

et al. 2023

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3D bioprinting is a powerful fabrication technique in biomedical engineering, which is currently limited by the number of available materials that meet all physicochemical and cytocompatibility requirements for biomaterial inks. Inspired by the key role of coacervation in the extrusion and spinning of many natural materials, hyaluronic acid–chitosan complex coacervates are proposed here as tunable biomaterial inks. Complex coacervates are obtained through an associative liquid–liquid phase separation driven by electrostatic attraction between oppositely charged macromolecules. They offer bioactive properties and facile modulation of their mechanical properties through mild physicochemical changes in the environment, making them attractive for 3D bioprinting. Fine‐tuning the salt concentration, pH, and molecular weight of the constituent polymers results in biomaterial inks that are printable in air and water. The biomaterial ink, initially a viscoelastic fluid, transitions into a viscoelastic solid upon printing due to dehydration (for printing in air) or due to a change in pH and ionic composition (for printing in solution). Consequently, scaffolds printed using the complex coacervate inks are stable without the need for post‐printing processing. Fabricated cell culture scaffolds are cytocompatible and show long‐term topological stability. These results pave the way to a new class of easy‐to‐handle tunable biomaterials for biofabrication.

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Recent Advances on Designs and Applications of Hydrogel Adhesives

Liu

Wang

et al. 2021

Adv Materials Inter

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extracellular matrix properties, gives them popularity in applications ranging from drug delivery, [4,5] wound dressing, [6][7][8] and tissue repair. [9,10] Various hydrogels with extraordinary properties have been reported, like tough, [11] stimuliresponse, [12] and optical variable hydrogels. [13] For example, the combination of covalently and ionically cross-linked networks endows hydrogel's excellent mechanical properties, achieving a value of 9000 J m −2 , which is comparable to natural rubber (10 000 J m −2 ). [11] Moreover, hydrogels with "self-growing" property [14] can stand duplicated stretch without ruption but gain a gradual increase in stress instead. However, in contrast to the bulk hydrogel, existing hydrogel adhesives are far from the desired properties. [15] The adhesion energy of commercial adhesives is usually ≈10 J m −2 compared to that of cartilage, composing a robust matrix of 1000 J m −2 and the adhesive layer of 800 J m −2 , respectively. [16] It is worth noting that medical and clinic adhesives should effectively prevent blood loss, gas, and tissue fluids leakage or exposure to the infectious environment or digestive fluids. [17] Thus, adhesion failure ought to result in negative therapy. Adhesion conductive hydrogels are also required to get skinlevel sensitive sensors since any interfacial vacant space will give rise to inaccurate signals. [18,19] As a result, sensors with high resolution and excellent accuracy can not be obtained under such circumstances due to "dead" regions. [20] Therefore, tough interactions between hydrogels matrix and diverse substrate, especially for wet tissues, are vital but challenging issues. [15] Of particularly significant and ideal properties for tough adhesives under stretching, dissipative energy within hydrogel matrix and interactive energy between interfaces is desired to prevent macroscopic movement. [21] By enhancing interfacial interactions via surface chemical modification, surface structuralizing, physical interlocks, or combining the principles mentioned above, a series of adhesive patches or tough adhesives with injectable, tunable curing time, degradable properties have been obtained.Numerous synthetic or natural materials, diverse design strategies, various methods, and many potential applications have emerged. In this review, as shown in Figure 1, we will summarize the state-of-art hydrogel adhesives spanning from design principles, including physical and chemical interactions In virtue of extracellular features, hydrogels have been used in various areas such as tissue repair, artificial skins, and biological electronics, etc. Intact contact of tough hydrogels to targeted surfaces is usually required to avoid blood or body fluids leakage or inaccurate signals of sensors. The collaboration of high interactive energy between interfaces and high fracture toughness of the constituent hydrogels can effectively prevent relatively macroscopic motions of adhesives from substrates under deformation. Nevertheless, variations in surface microenvironment...

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Reversible Supramolecular Assembly of Velvet Worm Adhesive Fibers via Electrostatic Interactions of Charged Phosphoproteins

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Der „Sekundenkleber“ der Stummelfüßer

Der „Sekundenkleber“ der Stummelfüßer

Bioinspired Processing: Complex Coacervates as Versatile Inks for 3D Bioprinting

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