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(tài)，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(huán)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(fā)，開發(fā)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(yī)學工程助理教授布魯斯·李(Bruce Lee)博士，使用貽貝生產(chǎn)的蛋白質(zhì)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(jié)，而且可以用電流實現(xiàn)粘合的控制。
“水下智能膠“ 誕生 粘合劑領(lǐng)域獲科研新突破
美國海軍研究辦公室生物材料和生物技術(shù)項目經(jīng)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(fā)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(fā)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(xiàn)與各種表面的結(jié)合與分離。對于海軍與海軍陸戰(zhàn)隊來說，這種材料具有非常廣泛的非醫(yī)療和醫(yī)療用途。”
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(xiàn)象，稱為生物淤積。貽貝會分泌一種天然液態(tài)的強力膠，結(jié)合其極具彈性的纖維，即足絲，可以在鹽水和淡水環(huán)境中表現(xiàn)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(guān)鍵所在。而從化學結(jié)構(gòu)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(jīng)遞質(zhì)。DOPA還使得貽貝分泌物具有內(nèi)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，制備出了在濕潤時保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，甚至肉和骨頭。
“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(jù)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(xiàn)在正試圖弄清楚如何使用電流創(chuàng)建一個化學“開關(guān)”，通過瞬間改變DOPA分子，實現(xiàn)隨意控制粘合劑的粘性或者分離。到目前為止，他們已經(jīng)能夠通過調(diào)節(jié)粘合劑的pH平衡來實現(xiàn)這一點，但是他們現(xiàn)在仍然在努力實現(xiàn)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(zhì)，使其可逆地發(fā)生粘合和脫粘，這一點是相當新穎的。”
李博士設想這種“智能膠”將擁有多種用途。它可以將水下傳感器和裝置綁定到船舶和潛艇的船體，或幫助無人駕駛的船舶在巖石海岸線或在偏遠地區(qū)停靠。
這種可以隨意粘合和脫落的粘合劑還可能具有潛在的醫(yī)學應用。它可以用做新型繃帶，比如當人出汗或變濕時，它仍然能夠保持附著，并在移除敷料時，能夠減少人們的痛楚。將來某一天，智能膠甚至可能可以用來連接假肢和生物測定傳感器，或縫合外科傷口。
由于李博士在粘合劑領(lǐng)域做出的突出貢獻，他被授予為海軍研究院青年研究員項目2016年獲獎者。這是一項在業(yè)內(nèi)十分有分量的獎項，該獎項授予那些具有杰出研究潛力，并且做出了有助于提升海軍實力的創(chuàng)新和尖端研究的科學家和工程師們。
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