研究人员利用丝蛋白制造了含有铁复合物的交联纤维，其性质类似于水下粘性海洋生物所用的物质。
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我们可以从大自然中学到很多知识，特别是当我们需要制造功能好的防水粘合剂时——你试过把贻贝从海堤上弄下来或者把藤壶从船底上弄下来吗?也许不是，但据说非常难。
Tufts大学的研究人员们注意到了这一点，并以我们顽固的甲壳纲动物朋友为研究灵感，创造出了一种新型粘合剂，其性能甚至超过了最强的干粘合剂。这些研究人员称自己为“蚕丝胶实验组”，他们使用了从蚕身上获得的纤维丝蛋白，使用它就能够复制藤壶和贻贝胶的关键组成部分，包括蛋白质丝、化学交联和铁键。
Tufts工程学院的FiorenzoOmenetto教授说：“我们创造的复合材料不仅在水下比现在的大多数粘合剂更好，而且用很少的实验材料就能达到这种强度。”
“而且因为这种材料是从生物原料中提取出来的，其化学成分是良性的——从自然中提取的话，很大程度上避免了人工合成步骤以及使用挥发性溶剂——它在制造方面也有很大的优势。”
用丝质胶水组装的飞机模型。图片来源:MarcoLoPresti,TuftsUniversity
贻贝分泌一种长而且粘的纤维，这种纤维被称为足丝。足丝表面嵌入了聚合物，并通过化学交联来加强这种结合。此蛋白质聚合物由长链氨基酸组成，其中之一是二羟基苯丙氨酸（DOPA），一种含有儿茶酚的氨基酸，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——来增强足丝的凝聚强度。
另一方面，藤壶分泌一种由蛋白质组成的强结合剂，此物质行程聚合物固定在表面。这些蛋白质将它们的氨基酸链折叠成β片——呈之字形排列，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由聚合物长丝附着的表面形成强氢键。
受到这些分子结合技巧的启发，Omenetto的团队结合他们在丝素蛋白化学领域的专业知识开始复制这些分子，丝素蛋白具有很多和藤壶所分泌的蛋白结合剂的相同的形状和成键特征，包括组装大型β片表面的能力。
研究人员添加了聚多巴胺，这是一种随机的多巴胺聚合物，沿其长度方向可以产生交联儿茶酚，很像贻贝用来交联它们的连接纤维。最后，通过使用氯化铁固化粘合剂，其粘附强度显著提高，这确保了儿茶酚之间的粘结，就像他们在天然贻贝粘合剂中所发挥的功能。
“丝素、聚多巴胺和铁元素的结合，使所合成的物质具有和藤壶和贻贝粘合剂相同的连接和交联性质，这也最终保证了这些粘合剂粘性很强，”MarcoLoPresti说。他是Omenetto实验室的博士后学者，也是该研究的第一作者。“最终我们得到了一种粘合剂，这种粘合剂在显微镜下看起来甚至像它的天然替代品。”
获得由正确的丝素、聚多巴胺和酸性铁离子固化条件所制备的混合物是使粘合剂能够在水下工作的关键，当用来抵抗剪切力时，其强度可以达到2.4MPa（兆帕；大约每平方英寸磅）。这比大多数现有的实验和商用粘合剂要好，仅略低于2.8MPa的最强的水下粘合剂的历史纪录。然而，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毫克就可以实现这种粘合强度——只需几滴。
“安全、使用材料少，强度高等特性表明此粘合剂在工业和海洋应用的潜在效用，甚至可以适用于面向消费者的模型家庭/建筑等使用,”BariAldoMoro大学的GianlucaFarinola教授说。
Omenetto补充道：“我们已经成功地将丝素作为一种生物相容性材料用于医疗领域，这也引导我们开发那些其它的应用。”
WILEY
本新闻稿摘自Tuft’sUniversity的官方新闻
参考文献：
MarcoLoPresti,etal.,BioinspiredBiomaterialCompositeforAll-Water-BasedHigh-PerformanceAdhesives,AdvancedScience().
DOI:10./advs.
本新闻稿取材AdvancedScienceNews官方网站，原文链接：