普通膠粘劑只能用于干燥條件下的粘接,如果處于水下或潮濕狀態,則無法濕潤甚至不能粘接。而水中膠粘劑則可在潮濕界面和水下環境進行粘接。在美國海軍研究辦公室(ONR)的支持下,一位研究人員從自然界的生物中受到了啟發,開發出了一種在濕潤時仍能保持粘性的粘合劑。
密歇根理工大學生物醫學工程助理教授布魯斯•李(Bruce Lee)博士,使用貽貝生產的蛋白質制造出了一種可逆的合成粘合劑,它不僅可以在水下仍然保持牢固粘結,而且可以用電流實現粘合的控制。
美國海軍研究辦公室生物材料和生物技術項目經理勞拉•基恩克(Laura Kienker)博士說,“仿生合成粘合劑(模擬自然過程的合成方法)一直是開發濕粘附材料的重要手段。李博士研究的獨特之處在于,他開發的這種仿生濕粘合劑,可以響應于所施加的電流,能夠快速而且反復地實現與各種表面的結合與分離。”
和藤壺類似,貽貝會附著在巖石,碼頭或者船體上,這是一種十分常見的自然現象,稱為生物淤積。貽貝會分泌一種天然液態的強力膠,結合其極具彈性的纖維,即足絲,可以在鹽水和淡水環境中表現出相近的粘合能力,同時貽貝還可以輕易地粘附在堅硬或者柔軟表面,并且強大的粘附力足夠承受最惡劣的海洋條件。
貽貝超強的粘附能力的秘密來自簡稱為二羥基苯丙氨酸(dihydroxyphenylalanine,簡稱DOPA)的氨基酸。DOPA是將強力膠和足絲緊固到某一位置的關鍵所在。而從化學結構上看,DOPA則是多巴胺的近親,這是一種幫助控制人類大腦快感和獎勵機制的神經遞質。DOPA還使得貽貝分泌物具有內聚性和外粘性 - 意味著它們可以粘附到其自身和其他表面。
李博士和他的研究團隊將DOPA與聚合物,如聚酯和橡膠等進行混合,制備出了在濕潤時仍具有粘合能力的合成膠。實驗室測試表明,這種材料可以附著到各種表面,包括金屬、塑料、肉和骨頭。
“這種合成粘合劑的一個非常有價值的特點在于,它十分多樣化,”李博士說。“我們可以根據需要改變化學成分,使其具有剛性或柔性,同時仍保持其整體強度和耐用性。”
李博士和他的團隊現在正試圖弄清楚如何使用電流創建一個化學“開關”,通過瞬間改變DOPA分子,實現隨意控制粘合劑的粘性或者分離。到目前為止,他們已經能夠通過調節粘合劑的pH平衡來實現這一點,但是他們現在仍然在努力實現電刺激的控制。
“這項工作的新穎之處在于,到目前為止尚未有可用的水下智能粘合劑。”李博士說。“我們向粘合劑中添加的化學物質,使其可逆地發生粘合和脫粘,這一點是相當新穎的。” (來源:中國塑料機械網)