青島能源所新型仿貽貝蛋白膠粘劑研究取得系列進(jìn)展

　　貽貝蛋白以在水下具備高強(qiáng)的粘附能力而聞名。根據(jù)仿生學(xué)原理，通過將貽貝粘附蛋白功能元（鄰苯二酚基團(tuán)）與合成高分子相結(jié)合，達(dá)到復(fù)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(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。近年來，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所生物基材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員萬曉波率領(lǐng)的生物基及仿生高分子材料團(tuán)隊(duì)一直致力于仿貽貝膠的研究，并取得了一系列進(jìn)展。

　　大多數(shù)研究認(rèn)為，在貽貝所分泌的粘附蛋白中，一種帶有鄰苯二酚側(cè)基的氨基酸殘基（DOPA）對強(qiáng)力粘附起到了關(guān)鍵性的作用，這種鄰苯二酚結(jié)構(gòu)既可以通過氧化交聯(lián)形成共價(jià)鍵來提升粘接性能，也可以通過與金屬離子（主要是三價(jià)鐵離子）以及不同基材表面的配位來增加粘附強(qiáng)度。目前大部分的仿貽貝膠都旨在在不同高分子的側(cè)鏈上引入鄰苯二酚結(jié)構(gòu)，以達(dá)到粘合的效果。但是，總體說來，大多數(shù)的仿貽貝膠只能實(shí)現(xiàn)干態(tài)下的強(qiáng)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(guī)模生產(chǎn)。

　　在前期工作的基礎(chǔ)上（Polymer 2014, 55, 1160；Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 450），穆有炳等研究人員意識(shí)到僅靠引入鄰苯二酚結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)仿貽貝膠的強(qiáng)力水下粘接是不夠的。為實(shí)現(xiàn)水下粘接，他們選擇了與貽貝粘附蛋白的多肽主鏈結(jié)構(gòu)有一定類似性的聚乙烯吡咯烷酮為主鏈，并通過點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)將鄰苯二酚基團(tuán)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(xiàn)出良好的水下粘接性能，水下粘接時(shí)展現(xiàn)出比干態(tài)粘接（0.7 MPa）更好的膠合強(qiáng)度，水下固化后膠合強(qiáng)度最高可達(dá)1.6 MPa（Chem. Commun. 2015, 51, 9117）。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了主鏈結(jié)構(gòu)能極大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(tuán)隊(duì)以廉價(jià)易得的聚乙烯醇為原料，通過一步法在側(cè)鏈上引入鄰苯二酚基團(tuán)，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(qiáng)度可達(dá)17.3 MPa，高于商用502膠及環(huán)氧樹脂膠（Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545）。由于其制備工藝簡單，原料廉價(jià)易得，可望大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。

　　上述研究獲得了中科院百人計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金、所長創(chuàng)新基金等支持。