科学家仿生藤壶和贻贝，研发出了一种高效无毒的粘合剂

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视频介绍

大自然在孕育生命的同时，也给人类带来了无穷无界的启发。如果你注意过从海堤上切下贻贝或从船底上切下藤壶，你会发现，这些大自然的馈赠会让你从中学到很多关于如何制造强力粘合剂的知识。近日，塔夫茨大学的研究者们受到贻贝和藤壶的启发，研发出了新一代高性能、无毒的水下粘合剂，据说这种粘合剂每平米只需要1.55克就能实现粘结。他们是如何做到的呢？首先研究人员需要从蚕身上获得纤维丝蛋白，进而复制藤壶和贻贝胶的关键结构，包括蛋白质细丝、化学交联和铁键，最终合成一种强劲的无毒胶水。这种胶水在水下和在干燥条件下具有同样的粘附力，比目前市场上大多数合成胶水的粘性都强。通常，贻贝能分泌长而粘的丝状物，称为足丝。这些分泌物可形成聚合物，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)，含有儿茶酚基团，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，以增强足丝的内聚力。与贻贝类似的，藤壶可分泌一种由蛋白质组成的强水泥，其中的蛋白质将其氨基酸链折叠成β片——呈之字形排列，这使它呈现出平坦的表面，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劲的氢键。受到自然界中这些分子键合的启发，研究团队开始复制它们，并利用他们的化学专业知识从蚕茧中提取丝素蛋白。丝素与藤壶水泥蛋白有许多相似的形状和结合特性，包括组装大型β片表面的能力。研究人员添加了聚多巴胺——一种含有儿茶酚基团多巴胺聚合物，很像贻贝用来交联其连接丝的方式。最后，用氯化铁固化胶粘剂，这能保证儿茶酚之间的结合，可显著提高粘接强度，就像天然贻贝粘合剂一样，它的强度可在抵抗剪切力时达到2.4兆帕。这优于大多数现有的实验和商用粘合剂，仅略低于2.8 兆帕时最强的水下粘合剂。此外，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结——只需几滴即可。在未来，这种从生物体中提取的胶水有望在医疗领域发挥作用，也有可能在许多工业和海洋应用方面表现出巨大潜力，甚至可以面向家庭使用，你期待吗？