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本文来自《Journal of Colloid and Interface Science》，于2023年5月2日在线发表，文章题为“Designing bio-inspired wet adhesives through tunable molecular interactions”，作者为Jingsi Chen和Hongbo Zeng，隶属于加拿大阿尔伯塔大学化学和材料工程系。
湿性粘合剂在现代工业（如健康护理、电子设备、汽车制造与建筑施工）和日常生活中广泛使用。然而，由于潮湿环境的临界影响，大多数传统粘合剂（如环氧树脂和丙烯酸粘合剂）在湿润条件下会出现粘附性下降或完全失效的情况。水分子不仅在界面上形成屏障阻碍粘合，而且会导致合成聚合物的塑化、膨胀和水解，从而削弱粘合剂自身的内聚力。
相比之下，海洋生物（如贻贝和沙堡蠕虫）能够在波动且湍急的海水环境中实现快速且强大的附着力。这些生物的粘附能力主要得益于它们分泌的富含儿茶酚氨基酸（catecholic amino acids）、离子基团以及两亲分子的粘附蛋白。文章探讨了如何将这些天然的高效粘附机制转化为人工合成的仿生湿性粘合剂，并讨论了在组织胶、手术植入物、电极粘合剂等领域的潜在应用。
本文主要聚焦两个方面： 1. 天然湿性粘合剂分子的精确作用机理：主要包括电荷相互作用、金属配位、氢键以及π相互作用模式的解析。 2. 基于天然仿生策略的人工湿性粘合剂设计：开发了不同功能化策略（如儿茶酚功能化和交联诱导方法）并分析了其在生物医学、能源和环境领域中的应用前景。
文章通过纳米力学表征手段揭示了天然湿性粘合剂的分子机制，并提出了建立仿生材料的创新途径。
基于贻贝和沙堡蠕虫的湿性粘合蛋白的研究，本文进一步深化了以下理解： 1. 儿茶酚化学对湿粘性的贡献：儿茶酚基团能通过金属配位键、双齿氢键以及π-π相互作用，在不同材料表面实现强力吸附。儿茶酚与多种金属离子（如Fe3+、V3+）的相互作用均显示出高效且可逆的粘接特性。 2. 复杂胶束作用（coacervation）的多功能性能：通过液-液相分离，分离出的富蛋白胶束相能显著提升粘附蛋白在目标表面的覆盖效率并迅速固化。 3. 仿生合成策略的突破： - 合成粘合剂通常通过儿茶酚功能化或交联诱导实现湿稳定性，并进一步增强了材料的机械性能和粘结强度。 - 同时，依照天然蛋白的“层级结构”特点，创新性实现了诸如多功能涂层、组织修复贴片、电极粘合剂等技术应用。 4. 课题未来方向：研究所提出的一些合理设计策略（例如，耐氧化组分或程序化胶束递送机制）正在开拓新的设计维度。
以下是本文的重点解读：
儿茶酚在粘附中发挥的多个关键作用：
复杂胶束在粘附剂设计中的应用：
性能增强策略的总结：
本文回顾了仿生湿性粘合剂在以下领域的先进应用： - 医疗器械和组织修复：如水凝胶组织胶、抑菌贴片，其中粘结效果无需外部压制且能适应复杂潮湿环境。 - 能源领域革命性材料：新型电池电极粘接工艺显著提高了电化学性能，同时延长了电池寿命。 - 环保应用：仿生纳米涂层在抗油/水污染领域得到了广泛验证，其对有机染料的吸附和光催化性能尤为突出。
除深入解析天然粘合剂的分子机理外，本文强调未来的研究应聚焦于实现材料的“时空可调”特性开发。例如，在涂层和粘合剂内部集成智能体系，以自适应方式优化粘结效果。
本文详细梳理了近年来仿生湿性粘合剂领域的主要科学进展，并从化学与结构两个层面展示了未来设计的广阔前景。配合强大的分子机制解析工具和纳米级实验技术，湿性粘合剂技术正逐步走向新的高度，实现从生物仿生到实际功能应用的全面提升。