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當(dāng)我們漫步在海灘，仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)一個很有意思的現(xiàn)象：海邊的貽貝、牡蠣等貝類生物能夠很牢固地粘附在堅硬的石壁上，并能在一定程度上經(jīng)受住海浪的沖擊。那么究竟是什么原因使得它們之間具有如此強的結(jié)合能力呢？

美國普渡大學(xué)的Jonathan Wilker教授和加州大學(xué)加州大學(xué)圣芭芭拉分校的三位教授（J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler）都找到了這個問題的答案，前者在《Nature》，后者在《Science》上發(fā)文揭示海洋中貝類水下粘附的秘密。揭秘詳情請看下文：

一、潛水帶來靈感的神奇膠水/《Nature》

十五年前，Jonathan Wilker在加州海岸潛水時，波濤洶涌的海水讓他只能“隨波逐流”，但讓人驚訝的是，他周圍的貽貝卻始終牢牢的固定在巖石上。Wilker是美國普渡大學(xué)的一名化學(xué)家兼材料工程師，這次潛水之后，他就想知道為什么軟體動物能成功的抵制海水的沖擊，又是如何在水下形成的強大粘合力，要知道大多數(shù)人造膠水只能應(yīng)用于完全干燥的表面。而這次潛水讓他走進(jìn)了海洋聚合物的世界，也為他日后的化學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

Wilker在分析海洋生物體中某些具有強粘性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，這類物質(zhì)所含的蛋白具有高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特征。在這些蛋白結(jié)構(gòu)中，很多酪氨酸（Tyrosine）的結(jié)構(gòu)上多了一個羥基，被轉(zhuǎn)化為多巴（DOPA），這種變化使得蛋白發(fā)生交聯(lián)，并使膠能固定其上。而科研人員也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DOPA分子上的羥基與一些無機物相結(jié)合時可以使這些蛋白成為高分子聚合物，這類高分子可以強有力的附著在一些物質(zhì)表面。

二、揭示海洋中貝類水下粘附的秘密/《Science》

眾所周知，我們生活中常用的粘膠劑（如丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂、聚氨酯），一般都要求在清潔與干燥的條件下才能生效，而貝類生物在濕潤的海洋環(huán)境下卻依然能夠牢固地進(jìn)行粘附。這其中到底有什么秘密呢？

美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的三位教授（J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊最近在《Science》發(fā)文揭秘了海洋中貝類水下粘度的原因。

Dopa (3,4-dihydroxyphenylalanine)

研究結(jié)果顯示，這是因為貝類生物可以分泌出一種稱為Dopa（多巴，3,4-dihydroxyphenylalanine）的氨基酸，catechol（鄰苯二酚，1,2-dihydroxybenzene）為該多巴氨基酸的側(cè)鏈，多巴氨基酸在含鐵的環(huán)境中，主要依靠它的活性成分catechol發(fā)生氫鍵和金屬螯合作用，從而產(chǎn)生較強的表面吸附效果。

當(dāng)然，在不同的環(huán)境下catechol進(jìn)行粘附作用的機制也是不一樣的。如上圖所示：1.當(dāng)處于空氣與純水的環(huán)境中，包含catechol的多巴氨基酸會與陰離子表面發(fā)生結(jié)合作用；2.當(dāng)處于鹽水的環(huán)境中（海洋），多巴氨基酸由于具有高含量的賴氨酸和精氨酸殘基，可以使得自身帶正電荷，從而與陰離子表面產(chǎn)生比條件1更強的結(jié)合作用。

這個發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家們研發(fā)出在各種潮濕環(huán)境下仍然有效的新型粘合劑提供了新的可能，并且可以通過設(shè)置環(huán)境來“量身定做”出具有不同粘合效果的膠黏劑。大大拓寬了傳統(tǒng)膠黏劑的局限性，具有極其光明的應(yīng)用前景！

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Wilker教授他們找到了貝類水下粘附的秘密后，就一直在研究希望能開發(fā)出適應(yīng)惡劣環(huán)境的新材料。最終他們仿照貽貝的粘附蛋白，制作出一種仿生聚合物。

貝類天然膠質(zhì)中富含蛋白質(zhì)與一種名為二羥苯丙氨酸的氨基酸的原理。當(dāng)其他粘合劑與水發(fā)生反應(yīng)的時候，二羥苯丙氨酸中的茶酚化合物仍然能保持粘性，將貽貝與其它材料的表面牢牢粘合。研究人員仿照該機制，在人工聚合物中添加了相同的氨基酸和貽貝蛋白質(zhì)之后，成功制成了這款水下膠水。

研究測試表明，當(dāng)用于粘接拋光鋁片時，這種新膠水的表現(xiàn)優(yōu)于10種商業(yè)粘合劑。在研究過程中，即便是粘結(jié)木材、聚四氟乙烯塑料和拋光鋁片，它也比世界排名前五的膠粘劑更強。同時，它也是唯一一種在測試中連接木頭與拋光鋁片的粘合劑，粘性是天然膠質(zhì)的17倍。

Wilker稱，研究小組高度關(guān)注其中名為兒茶酚的化合物，兒茶酚-苯乙烯可能會是未來最強的水下粘合劑之一。水下環(huán)境中它有一種特殊天賦，能夠“鉆過”水體，持續(xù)粘合材料。

該研究項目由美國海軍研究辦公室支持，一段在人工海水艙內(nèi)進(jìn)行水下粘合的視頻已被上傳至國際視頻網(wǎng)站。從視頻中可知，該粘合劑在受控實驗室條件下效果良好。研究者相信未來這種新型粘合劑能走入市場，實際應(yīng)用于生活中。能夠給汽車制造和房屋建造帶來新改變，畢竟這些東西一直要接觸水；還可以被用在水下修復(fù)中，不論是臨時的還是永久修復(fù)；還有可能，它能成為更方便的修補工具，這樣你不需要為了游泳池里的一個小裂縫而抽干一池子的水。

延伸閱讀：

其實早在900多年前，我們的先民就發(fā)現(xiàn)了貝類水下驚人的粘附力。當(dāng)時北宋建造洛陽橋時，為了鞏固橋基，建造者在橋下養(yǎng)殖了大量的牡蠣，巧妙地利用牡額外殼附著力強，繁生速度快的特點，把橋基和橋墩牢固地膠結(jié)成一個整體，這是世界造橋史上別出心裁的“種蠣固基法”，也是世界上第一個把生物學(xué)應(yīng)用于橋梁工程的先例。（詳情可以查看小編之前寫的《一座名橋，900年屹立不倒，最大功臣竟然是小小的它?！罚?span>

小編只想寫個大大的“服”，我們的先民真是智慧無窮，如果那時候有什么科學(xué)學(xué)術(shù)期刊，發(fā)個《Science》、《Nature》都不在話下。由此想來，如今的我們應(yīng)該把先人的毅力和智慧發(fā)揚光大，實現(xiàn)科技創(chuàng)新、科技興國。

本文圖文來源于《Science》、《Nature》等網(wǎng)絡(luò)資料