科学家开发强大的新型水下粘合剂：灵感来自藤壶和贻贝

导读：据外媒报道，受藤壶和贻贝分泌的粘性物质启发，塔夫茨大学的工程师们已经开发出了一种新型的胶水。

据外媒报道，受藤壶和贻贝分泌的粘性物质启发，塔夫茨大学的工程师们已经开发出了一种新型的胶水。他们于周三在《先进科学》杂志上报告了这项研究成果。从蚕的纤维丝蛋白开始，他们能够复制藤壶和贻贝“胶水”的关键特征，包括蛋白丝、化学交联和铁键。其结果是一种强大的无毒胶水，在水下和在干燥条件下一样好用，而且比现在市场上的大多数合成胶水产品更强。

塔夫茨大学工程学院Frank C. Doble工程教授、创建该材料的塔夫茨Silklab主任以及该研究的通讯作者Fiorenzo Omenetto说：“我们创建的复合材料不仅在水下比现在的大多数粘合剂效果更好，而且它用更少的材料实现了这种强度。而且，由于这种材料是由提取的生物资源制成的，且化学成分是良性的--取自自然界，基本上避免了合成步骤或使用挥发性溶剂--它在制造方面也可能有优势。”

Silklab的 "胶水小组 "专注于在水生粘合剂中复制的几个关键元素。贻贝会分泌长的粘性细丝，称为byssus。这些分泌物形成聚合物，嵌入到表面，并通过化学交联来加强粘合。这些蛋白质聚合物由长链的氨基酸组成，其中包括一种二羟基苯丙氨酸（DOPA），一种含有儿茶酚的氨基酸，可以与其他链交联。贻贝添加了另一种特殊成分--铁复合物--以加强副栉的内聚力。

藤壶分泌出一种由蛋白质组成的强大的胶结物，形成聚合物，固定在表面上。藤壶水泥聚合物中的蛋白质将其氨基酸链折叠成β片--一种人字形排列，提供了平坦的表面和大量的机会，与聚合物中的下一个蛋白质或聚合物丝所附着的表面形成强大的氢键。

受到自然界使用的所有这些分子结合技巧的启发，Omenetto的团队开始着手复制它们，并利用他们在从蚕茧中提取的丝纤维蛋白的化学方面的专业知识。蚕丝纤维素与藤壶胶结蛋白的许多形状和粘合特性相同，包括组装大型β片状表面的能力。研究人员添加了聚多巴胺--一种多巴胺的随机聚合物，它沿长度方向呈现交联儿茶酚，很像河蚌用来交联它们的粘合丝。最后，通过用氯化铁固化粘合剂，粘附强度得到了明显的提高，这确保了整个儿茶酚的粘合，就像它们在天然贻贝粘合剂中的作用一样。

Omenetto实验室的博士后学者、该研究的第一作者Marco Lo Presti说：“丝状纤维素、聚多巴胺和铁的组合带来了相同层次的粘合和交联，使这些藤壶和贻贝粘合剂如此强大。我们最终得到了一种粘合剂，它甚至在显微镜下看起来像它的自然对应物。”

获得丝纤维素、聚多巴胺和铁离子固化的酸性条件的正确混合，对于使粘合剂在水下固化和工作至关重要，在抵抗剪切力时达到2.4 MPa的强度。这比大多数现有的实验性和商业性粘合剂要好，而且只比最强的水下粘合剂2.8 MPa略低。然而，这种粘合剂的额外优势是无毒的，由全天然材料组成，并且只需要每平方英寸1-2毫克就能实现这种粘合--这只是几滴。

“可能的安全性、材料的保守使用和卓越的强度相结合，表明在许多工业和海洋应用中具有潜在的效用，甚至可以适用于面向消费者的，如模型建造和家庭使用，”来自巴里大学Aldo Moro的研究合作者、塔夫茨大学生物医学工程的兼职教授Gianluca Farinola说。Omenetto补充说：“我们已经将丝质纤维素作为一种生物相容性材料用于医疗用途，这一事实正促使我们也探索这些应用。”