东京大学研究生院工学系研究科的江岛广贵副教授等人组成的研究团队受海洋生物的粘附机理启发，成功开发出了即使在水中粘合强度也超过10MPa的超高强度水下粘合剂。
普通粘合剂在水中的粘合强度会大幅降低。原因之一是，被粘物表面的水合水会抑制粘合剂与被粘物之间的相互作用。但地中海贻贝却可以非常轻松地进行这种困难的水下粘附。海洋生物学家们一直在探索粘附蛋白，并确定了富含DOPA的蛋白质家族。DOPA是L-3,4-二羟苯丙氨酸，地中海贻贝的粘附蛋白中富含DOPA。DOPA的苯环上有两个羟基，研究团队从中受到启发，此前研究了在聚苯乙烯骨架中导入两个和三个羟基的仿生水下粘合强度。
图1：贻贝粘附蛋白中富含的DOPA，以及此前的研究和本次研究中所利用的酚羟基的化学结构（供图：东京大学）
分子动力学的模拟结果表明，酚羟基数量越多越有利于吸附在基材表面。另一方面，随着酚羟基数量增加，高分子链会变得更加亲水。在水中发生膨胀或溶解时，水下粘合强度会大幅降低，所以水下粘合剂需要具备疏水性。江岛副教授介绍说：“为此，此次在水下粘合剂的材料设计阶段，既要保持高分子材料疏水性，同时又要尽可能多地导入有助于界面粘附的酚羟基，这两个相互冲突的要求让我们费了很大的工夫。”
图2：在水中将粘合剂涂抹在铝棒的表面（供图：东京大学）
研究团队此次全球首次成功合成了具有更多酚羟基（4个和5个）的高分子，并且实现了10MPa以上的水下粘合强度。这种程度的粘合强度相当于能以1立方厘米的微小粘合面积粘附约100公斤的重量。
江岛副教授表示：“新开发的粘合剂在湿润环境下也能发挥强粘合力，因此我们正探讨将其作为手术用粘合剂。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications（在线版：4月13日）
论文：Ultrastrong underwater adhesion on diverse substrates using non-canonical phenolic groups
DOI：10.1038/s41467-022-29427-w
URL：nature.com/articles/s41467-022-29427-w
