貽貝蛋白以在水下具備高強的粘附能力而聞名。根據仿生學原理,通過將貽貝粘附蛋白功能元(鄰苯二酚基團)與合成高分子相結合,達到復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(以下簡稱仿貽貝膠)領域研究熱點之一。近年來,青島能源所生物基材料重點實驗室萬曉波研究員率領的生物基及仿生高分子材料團隊一直致力于仿貽貝膠的研究,并取得了一系列進展。

　　大多數研究認為,在貽貝所分泌的粘附蛋白中,一種帶有鄰苯二酚側基的氨基酸殘基(DOPA)對強力粘附起到了關鍵性的作用,這種鄰苯二酚結構既可以通過氧化交聯形成共價鍵來提升粘接性能,也可以通過與金屬離子(主要是三價鐵離子)以及不同基材表面的配位來增加粘附強度。目前大部分的仿貽貝膠都旨在不同高分子的側鏈上引入鄰苯二酚結構,以達到粘合的效果。但是,總體說來,大多數的仿貽貝膠只能實現干態下的強力粘附,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,不適用于大規模生產。

　　在前期工作的基礎上(Polymer 2014, 55, 1160;Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 450),穆有炳等研究人員意識到僅靠引入鄰苯二酚結構來實現仿貽貝膠的強力水下粘接是不夠的。為實現水下粘接,他們選擇了與貽貝粘附蛋白的多肽主鏈結構有一定類似性的聚乙烯吡咯烷酮為主鏈,并通過點擊化學反應將鄰苯二酚基團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。該膠粘劑展現出良好的水下粘接性能,水下粘接時展現出比干態粘接(0.7 MPa)更好的膠合強度,水下固化后膠合強度最高可達1.6 MPa(Chem. Commun. 2015, 51, 9117.)。該實驗結果證實了主鏈結構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,該團隊以廉價易得的聚乙烯醇為原料,通過一步法在側鏈上引入鄰苯二酚基團,制得了本體型無溶劑仿貽貝膠。該膠在140 ℃下熱壓20 min后,膠合強度可達17.3 MPa,高于商用502膠及環氧樹脂膠(Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545)。由于其制備工藝簡單,原料廉價易得,可望大規模實際應用。

　　上述研究獲得了中科院百人計劃、山東省自然科學基金、所長創新基金等支持。

　　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