貽貝蛋白以在水下具備高強(qiáng)的粘附能力而聞名。根據(jù)仿生學(xué)原理,通過將貽貝粘附蛋白功能元(鄰苯二酚基團(tuán))與合成高分子相結(jié)合,達(dá)到復(fù)制甚至超越天然貽貝粘附蛋白粘附效力的目的,是目前仿貽貝蛋白膠粘劑(以下簡(jiǎn)稱仿貽貝膠)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。近年來,青島能源所生物基材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室萬曉波研究員率領(lǐng)的生物基及仿生高分子材料團(tuán)隊(duì)一直致力于仿貽貝膠的研究,并取得了一系列進(jìn)展。

　　大多數(shù)研究認(rèn)為,在貽貝所分泌的粘附蛋白中,一種帶有鄰苯二酚側(cè)基的氨基酸殘基(DOPA)對(duì)強(qiáng)力粘附起到了關(guān)鍵性的作用,這種鄰苯二酚結(jié)構(gòu)既可以通過氧化交聯(lián)形成共價(jià)鍵來提升粘接性能,也可以通過與金屬離子(主要是三價(jià)鐵離子)以及不同基材表面的配位來增加粘附強(qiáng)度。目前大部分的仿貽貝膠都旨在不同高分子的側(cè)鏈上引入鄰苯二酚結(jié)構(gòu),以達(dá)到粘合的效果。但是,總體說來,大多數(shù)的仿貽貝膠只能實(shí)現(xiàn)干態(tài)下的強(qiáng)力粘附,在水下的粘附能力則大打折扣;此外,大部分仿貽貝膠的合成方法繁瑣,成本高昂,不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

　　在前期工作的基礎(chǔ)上(Polymer 2014, 55, 1160;Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 450),穆有炳等研究人員意識(shí)到僅靠引入鄰苯二酚結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)仿貽貝膠的強(qiáng)力水下粘接是不夠的。為實(shí)現(xiàn)水下粘接,他們選擇了與貽貝粘附蛋白的多肽主鏈結(jié)構(gòu)有一定類似性的聚乙烯吡咯烷酮為主鏈,并通過點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)將鄰苯二酚基團(tuán)接枝到聚乙烯吡咯烷酮主鏈上得到了一種新型的仿貽貝膠。該膠粘劑展現(xiàn)出良好的水下粘接性能,水下粘接時(shí)展現(xiàn)出比干態(tài)粘接(0.7 MPa)更好的膠合強(qiáng)度,水下固化后膠合強(qiáng)度最高可達(dá)1.6 MPa(Chem. Commun. 2015, 51, 9117.)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了主鏈結(jié)構(gòu)能極大的影響仿貽貝膠的水下粘接性能,但這在以往的非多肽主鏈的仿貽貝膠的合成中沒有引起更多的重視。

　　近日,該團(tuán)隊(duì)以廉價(jià)易得的聚乙烯醇為原料,通過一步法在側(cè)鏈上引入鄰苯二酚基團(tuán),制得了本體型無溶劑仿貽貝膠。該膠在140 ℃下熱壓20 min后,膠合強(qiáng)度可達(dá)17.3 MPa,高于商用502膠及環(huán)氧樹脂膠(Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545)。由于其制備工藝簡(jiǎn)單,原料廉價(jià)易得,可望大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

　　上述研究獲得了中科院百人計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金、所長(zhǎng)創(chuàng)新基金等支持。

　　原文鏈接:

　　[1] Simple but Strong: A Mussel-Inspired Hot Curing Adhesive Based on Polyvinyl Alcohol Back Bone. Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201500723/epdf

　　[2] A Mussel-Inspired Adhesive with Stronger Bonding Strength at Underwater Conditions than at Dry Conditions. Chem. Commun. 2015, 51, 9117. http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/CC/2015/C5CC00101C

　　[3] Humid Bonding with Water-Soluble Adhesives Inspired by Mussel and Sandcastle Worm. Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 450. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.201400513/abstract

　　[4] Synthesis and Adhesive Property Study of Polyoxetanes Grafted with Catechols via Cu(I)-Catalyzed Click Chemistry, Polymer, 2014, 55, 1660. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386114000561