普通胶粘剂只能用于干燥条件下的粘接,如果处于水下或潮湿状态,则无法湿润甚至不能粘接。而水中胶粘剂则可在潮湿界面和水下环境进行粘接。在美国海军研究办公室(ONR)的支持下,一位研究人员从自然界的生物中受到了启发,开发出了一种在湿润时仍能保持粘性的粘合剂。
密歇根理工大学生物医学工程助理教授布鲁斯•李(Bruce Lee)博士,使用贻贝生产的蛋白质制造出了一种可逆的合成粘合剂,它不仅可以在水下仍然保持牢固粘结,而且可以用电流实现粘合的控制。
美国海军研究办公室生物材料和生物技术项目经理劳拉•基恩克(Laura Kienker)博士说,“仿生合成粘合剂(模拟自然过程的合成方法)一直是开发湿粘附材料的重要手段。李博士研究的独特之处在于,他开发的这种仿生湿粘合剂,可以响应于所施加的电流,能够快速而且反复地实现与各种表面的结合与分离。”
和藤壶类似,贻贝会附着在岩石,码头或者船体上,这是一种十分常见的自然现象,称为生物淤积。贻贝会分泌一种天然液态的强力胶,结合其极具弹性的纤维,即足丝,可以在盐水和淡水环境中表现出相近的粘合能力,同时贻贝还可以轻易地粘附在坚硬或者柔软表面,并且强大的粘附力足够承受最恶劣的海洋条件。
贻贝超强的粘附能力的秘密来自简称为二羟基苯丙氨酸(dihydroxyphenylalanine,简称DOPA)的氨基酸。DOPA是将强力胶和足丝紧固到某一位置的关键所在。而从化学结构上看,DOPA则是多巴胺的近亲,这是一种帮助控制人类大脑快感和奖励机制的神经递质。DOPA还使得贻贝分泌物具有内聚性和外粘性 - 意味着它们可以粘附到其自身和其他表面。
李博士和他的研究团队将DOPA与聚合物,如聚酯和橡胶等进行混合,制备出了在湿润时仍具有粘合能力的合成胶。实验室测试表明,这种材料可以附着到各种表面,包括金属、塑料、肉和骨头。
“这种合成粘合剂的一个非常有价值的特点在于,它十分多样化,”李博士说。“我们可以根据需要改变化学成分,使其具有刚性或柔性,同时仍保持其整体强度和耐用性。”
李博士和他的团队现在正试图弄清楚如何使用电流创建一个化学“开关”,通过瞬间改变DOPA分子,实现随意控制粘合剂的粘性或者分离。到目前为止,他们已经能够通过调节粘合剂的pH平衡来实现这一点,但是他们现在仍然在努力实现电刺激的控制。
“这项工作的新颖之处在于,到目前为止尚未有可用的水下智能粘合剂。”李博士说。“我们向粘合剂中添加的化学物质,使其可逆地发生粘合和脱粘,这一点是相当新颖的。” (来源:中国塑料机械网)