貝類仿生膠水,實現水中超強粘附

2021-01-09 膠界2020

1 技術背景

在海邊遊玩的時候,常常可以看到岸邊石頭上粘附著一些海貝海螺,手癢的你可能嘗試用力摳,卻沒法摳掉。

那時候,你曾想過為什麼這些海洋生物可以如此牢牢黏附在潮溼的石頭上呢?

2000年時,一名化學師兼材料工程師Jonathan Wilker在加州海岸潛水時,也一樣被這些小海貝們頑強的「糾纏力」深深震驚了,決定潛心研究。這二十年來,他不但在多個國際頂尖期刊上發表了無數篇學術文獻,告訴大家十萬個為什麼,還開發出了在水中實現超強粘附的仿生膠水。

2 核心技術

Wilker 在分析貝類的黏性物質時發現,這些蛋白組織中的3,4-dihydroxyphenyl-alanine (DOPA) 結構是核心關鍵。

DOPA上的酚羥基可以與海洋中及其微量的金屬離子螯合在一起,形成交聯結構,從而牢牢地粘附在物質表面。

基於這個機理,Wilker利用含苯乙烯與3,4-二羥基的苯乙烯共聚,製備了一種具有海洋生物黏性的高分子材料。前者模仿蛋白質主鏈,後者則模仿DOPA結構。

同時,研究者嘗試了各種金屬離子和非金屬離子氧化劑作為交聯劑。實驗表明,氧化能力越強,交聯程度越高,粘接效果越好。其中,Tetrabutylammonium periodate ([N(C4H9)4(IO4))的交聯效果最佳,並選擇了交聯劑:DOPA 為1:3的比例來混合 兩組分,粘接強度可以達到最佳值。

3 性能對比

從表格中可以看見,在金屬鋁和不鏽鋼基材上,該仿生膠水的粘接強度分別為11 MPa 和 10MPa,而漢高樂泰經典的快幹膠,也就分別只有5MPa和7MPa,更是遠遠高於PVA膠水的粘接強度。

Wilker 正致力於把膠水商業化,並且開發粘接力更強的可用於人體內的醫用膠水,以掀起膠黏劑市場的新浪潮。

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