Um tanque de água cheio de invertebrados do tamanho de moedas pode não ser a primeira coisa que você esperaria ver em um laboratório de pesquisa de engenharia e ciência de materiais.
Mas Eli Sone, professor do departamento de ciência e engenharia de materiais da Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto e do Instituto de Engenharia Biomédica, e sua equipe estudam mexilhões zebra e quagga há anos na esperança de que eles pode ajudar a resolver uma ampla gama de desafios.

"Há um ângulo da ciência dos materiais, mas também há um ângulo biomédico", diz Sone. "Por um lado, esses mexilhões são um problema em termos do que chamamos de bioincrustação, por isso estamos procurando projetar materiais ou revestimentos para evitar que eles entupam os canos de entrada de água, por exemplo."

“Mas, por outro lado, se entendermos por que eles aderem tão bem, isso pode nos ajudar a projetar coisas como colas biodegradáveis ​​não tóxicas, que podem oferecer uma alternativa aos pontos internos para cirurgia ou aplicações localizadas de entrega de medicamentos”.

Os mexilhões zebra e quagga são nativos dos lagos e rios do sul da Rússia e da Ucrânia. Eles chegaram aos Grandes Lagos da América do Norte na década de 1980 – provavelmente pegando carona na água de lastro de navios que partiram da Europa.

Desde então, eles se tornaram invasivos em muitas vias navegáveis ​​da América do Norte, deslocando espécies nativas de mexilhões e incrustando barcos, canos de entrada de água e outras infraestruturas.

O estudo mais recente da equipe, publicado recentemente em Relatórios Científicos , descreve novas técnicas para medir a adesão de mexilhões zebra e quagga a várias superfícies.

“Um dos desafios é quão pequenos esses mexilhões são comparados a outras espécies”, diz Bryan James, ex-aluno da U of T Engineering, que trabalhou no projeto como parte de sua tese de graduação e agora é pós-doutorando na Woods Hole Oceanographic Instituição em Woods Hole, Mass.

"Os fios que eles usam para se prender às superfícies têm apenas alguns milímetros de comprimento e são tão finos quanto um fio de cabelo humano. Você não pode colocá-los em um aparelho tradicional para testar a resistência à tração."

A solução improvisada da equipe envolveu um par de pinças de ponta fina com fechamento automático, uma câmera digital e um medidor de força. Com eles, eles foram capazes de medir quanta força foi necessária para quebrar a cola à base de proteínas que os mexilhões secretam.

A equipe descobriu que os mexilhões aderiram mais fortemente ao vidro do que a plásticos como PVC ou PDMS. Isso era esperado, pois o vidro é um material hidrofílico (que atrai água) semelhante às rochas que os mexilhões usam como substratos na natureza. O PDMS, por outro lado, repele a água e é frequentemente aplicado em cascos de barcos para evitar a bioincrustação.

Mas também houve algumas surpresas.

"A magnitude real desses valores foi comparável - ou em alguns casos maior que - os valores relatados para outras espécies de mexilhões", diz James. "Isso sugere que pode haver algo especial sobre a cola que eles desenvolveram."

Depois que os fios foram separados, a equipe escaneou a cola deixada nas superfícies usando microscopia eletrônica.

"Em algumas superfícies, descobrimos que um fino resíduo de proteína foi deixado para trás após o desprendimento", diz Kenny Kimmins, atual Ph.D. estudante no laboratório de Sone.

"Isso mostra que as proteínas na interface interagem muito fortemente com essas superfícies, mesmo em condições úmidas, o que a maioria dos adesivos sintéticos não consegue fazer."

Sone e sua equipe continuam suas pesquisas na área, trabalhando com o professor associado Ben Hatton em novos tipos de superfícies para evitar incrustações de infraestrutura crítica.

"Neste momento, as pessoas costumam usar tratamento químico para remover os mexilhões", diz Sone. "Isso funciona, mas também mata todo o resto nas proximidades. Ter superfícies que são naturalmente difíceis para os mexilhões aderirem pode oferecer uma opção mais ambientalmente sustentável."

A equipe também está analisando as colas produzidas por mexilhões zebra e quagga, com o objetivo de imitá-los em adesivos biomédicos.

"A natureza teve alguns milhões de anos de vantagem sobre nós em termos de design de adesivos de alto desempenho que são resilientes mesmo quando molhados", diz Sone. "Se pudermos aprender com isso, poderemos encontrar soluções melhores do que as que temos agora."