受藤壶和贻贝的启发，科学家制造出强大的水生粘合剂

受藤壶和贻贝的启发，科学家制造出强大的水生粘合剂

如果你曾经试过从海堤上切下贻贝或从船底上切下藤壶，你就会明白，我们可以从大自然中学到很多关于如何制造强力粘合剂的知识。塔夫茨大学的工程师们注意到了这一点，并在《先进科学》杂志上报告了一种新型的胶水，灵感来自那些顽固附着的甲壳类动物。

从从蚕身上收获的纤维丝蛋白开始，他们能够复制藤壶和贻贝胶的关键特征，包括蛋白质细丝、化学交联和铁键。其结果是一种强大的无毒胶水，固化和工作在水下和干燥的条件下，比目前市场上大多数合成胶水产品更强。

用丝绸胶水组装的模型飞机

我们创造的复合材料不仅在水下比当今大多数粘合剂更好，而且用更少的材料就能达到这种强度，菲奥伦佐·欧门内托(Fiorenzo Omenetto)说。菲奥伦佐·欧门内托是塔夫茨工程学院(Tufts School of Engineering)的工程学教授，也是该材料的制造基地塔夫茨西尔克实验室(Tufts Silklab)的主任。也是这项研究的通讯作者。而且因为这种材料是从生物原料中提取出来的，而且化学成分是良性的，从自然中提取，很大程度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“胶组”专注于在水生粘合剂中复制的几个关键元素。贻贝分泌长而粘的丝状物，称为足丝。这些分泌物形成聚合物，嵌入表面，并通过化学交联来加强连接。蛋白质聚合物由长链氨基酸组成，其中一种是二羟基苯丙氨酸(DOPA)，一种含有儿茶酚的氨基酸，可以与其他链交联。贻贝还添加了另一种特殊的成分，铁复合物，来增强足丝的内聚力。

藤壶分泌一种由蛋白质组成的强水泥，形成固定在表面的聚合物。藤壶水泥聚合物中的蛋白质将其氨基酸链折叠成β片——呈之字形排列，呈现出平坦的表面，并有大量机会与聚合物中的下一个蛋白质或聚合物长丝附着的表面形成强氢键。

受到自然界分子结合技巧的启发，Omenetto的团队开始复制它们，并利用他们从蚕茧中提取丝素蛋白的化学专业知识。丝素具有许多藤壶水泥蛋白的形状和粘接特性，包括组装大型beta薄片表面的能力。研究人员添加了聚多巴胺，这是一种随机的多巴胺聚合物，沿其长度产生交联儿茶酚，很像贻贝用来交联它们的连接丝。最后，附着强度显著提高与铁氯固化粘合剂，这确保了跨儿茶酚的粘合剂，就像他们在天然贻贝粘合剂。

丝素、聚多巴胺和铁的结合，使这些藤壶和贻贝粘合剂具有相同的粘合和交联层次，这使得这些粘合剂如此坚固，Omenetto实验室的博士后学者、该研究的第一作者马可·罗·普莱斯蒂(Marco Lo Presti)说。我们最终得到了一种粘合剂，在显微镜下看起来甚至像它的天然替代品。

获得正确的丝素、聚多巴胺和酸性铁离子固化条件的混合物是使粘合剂能够在水下固定和工作的关键

获得正确的丝素、聚多巴胺和酸性铁离子固化条件的混合物是使粘合剂能够在水下固定和工作的关键，其强度达到2.4 MPa(兆帕;大约每平方英寸350磅)来抵抗剪切力。这优于大多数现有的实验和商用粘合剂，仅略低于2.8 MPa时最强的水下粘合剂。然而，这种粘合剂的另一个优点是无毒，由纯天然材料组成，每平方英寸只需要1-2毫克就可以实现这种粘合——只需几滴。

结合安全、保守的使用材料,和优越的强度表明许多工业和海洋应用的潜在效用,甚至可以适用于面向消费者的模型建立和家庭等使用,Farinola教授说,在大学的研究合作者巴里莫罗,塔夫斯大学生物医学工程副教授说，事实上，我们已经将丝素作为一种生物相容性材料用于医疗用途，这也引导我们探索这些应用。

本文原文来自先驱中国