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真牛!科学家们仿生藤壶和贻贝,研发出新一代高性能、无毒水下粘合剂,每平米只需要1.55克!,中国化工网,okmart.com
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真牛!科学家们仿生藤壶和贻贝,研发出新一代高性能、无毒水下粘合剂,每平米只需要1.55克!
2021年06月09日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

丝素胶水组装模型飞机

大自然在孕育生命的同时,也给科学家们带来无穷无界的启发。如果你尝试过从海堤上切下贻贝或从船底上切下藤壶,你会发现,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。塔夫茨大学的研究者们受到贻贝和藤壶的启发,他们先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中国化工网okmart.com。该工作发表在《Advanced Science》杂志上。

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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,Omenetto的团队开始复制它们,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,其强度可在抵抗剪切力时达到2.4 MPa(大约每平方英寸350磅)。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。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(每平米约1.55-3.1克)就可以实现这种粘结——只需几滴即可。

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“我们制备的这类复合材料在水下不仅比现有的大多数粘合剂好,而且用很少的材料就能达到这种强度,” 塔夫茨大学的研究者Fiorenzo Omenetto, 和Frank C. Doble教授说,“而且这类材料是从生物体提取的,其化学成分来自大自然,,基本上避免了合成步骤或使用挥发性溶剂,因此它在制造方面也很有优势。”

“安全、材料的保守使用和优越的强度使得这类材料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”, Gianluca Farinola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,”Omenetto补充说。


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