結合貽貝、蜘蛛絲優點,讓水下接著劑黏牢牢

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 18 日 14:34 | 分類 材料、設備 , 環境科學 Telegram share ! follow us in feedly


現在許多黏著劑會因為耐水性不佳,在潮濕環境下降低或失去黏附能力,而現在美國科學家結合貽貝的黏性、輕巧強韌蜘蛛絲的優點,以合成生物學研發出新型水下黏著劑,更有醫療黏膠潛力。

貽貝也被稱為淡菜,這種烏嚕嚕的水生有殼生物是常見的美味海鮮食材,同時也是各種黏著劑的靈感來源,這些生物為了在潮間帶獲得豐富食物,同時抵抗強勁潮流沖刷,會分泌出特殊且具黏性的蛋白質貽貝足蛋白(mussel foot protein,Mfp)讓自己固著在岩石上,因此有不少科學家希望能藉此研發出醫療用仿生黏膠、抑或是應用在水中黏著劑。

只是為了提高在水中、潮濕環境的穩定性,通常多在水膠(Hydrogel)中加入貽貝足蛋白,但代價就是強度不足,論文第一作者 Eugene Kim 表示,許多以貽貝足蛋白為靈感的接著劑大多都沒什麼黏性,當我們在水中黏著兩個物體時,雖然膠水會黏在兩物的表面上,但一拉就會分離,就像殘留在 oreo 餅乾上的奶油一樣。

(Source:聖路易華盛頓大學

對此,聖路易華盛頓大學將貽貝足蛋白水膠跟另一個仿生材料結合:合成加強版蜘蛛絲。這是團隊今年早前以細菌研發出來的合成蜘蛛絲,比鋼更強、也比克維拉更堅固,科學家將其中的類澱粉蛋白跟貽貝足蛋白混合創造出「混合蛋白(tri-hybrid proteins)」。

能源、環境和化學工程教授 Fuzhong Zhang 指出,團隊開發的設計原則也能控制水膠的內聚力和黏附力,團隊利用細菌生產蛋白質,藉由微調過程每個部分來滿足期望的材料特性,因此不僅能研發出水下黏著劑,還可以製造出用於醫療的黏膠。該團隊表示,甚至可以應用在縫線難以修復的腱骨損傷中。

團隊指出,過去一直想了解合成生物學是否能助水下黏著劑一臂之力,這對合成材料來說是一項具有挑戰性的任務,而現在已取得初步成果。

(首圖來源:Flickr/Charles Haynes CC BY 2.0)