贻贝启发：超强动态水下粘合剂 | NSR

近日，《国家科学评论》（National Science Review, NSR）在线发表华东理工大学田禾院士和曲大辉教授团队的研究成果。该研究团队受海洋贻贝独特的水下粘附能力启发，将邻苯二酚和硫辛酸小分子相结合，制备了一种性能优异的动态耐水性粘合剂，其在不同材质的表面上均表现出高粘附强度，并可实现温度响应的按需粘附/脱附。

这种新型动态水下粘合剂融合了两类粘合剂的优点：

（1）具有动态特性的硫辛酸（TA）类粘合剂。近年来，该研究团队以天然小分子TA为原料，开发了一系列无溶剂的超分子网络。网络中，动态共价二硫介导的可逆开环聚合与侧链非共价交联的协同效应，使聚合物表现出多重动态性能，包括机械适应性、自修复、再加工性和化学闭环可回收性。此类聚合物材料也表现出优异的粘合性能，这是由于：（i）小分子前体引发高界面渗透性；（ii）羧基侧链中含有丰富的氢键交联；（iii）网络的无溶剂特性。

（2）具有耐水性的邻苯二酚类粘合剂。此类粘合剂是受水生生物贻贝的启发而诞生的，可以在水下或潮湿环境中保持粘合性能。

为将这两种粘合化学结合，研究者首先通过邻苯二酚修饰TA侧链以获得TAC单体，再进一步利用一锅法无溶剂开环聚合，成功制备出TA/TAC共聚网络，赋予材料高粘附强度、耐水性和动态性。

合成路线和聚合物网络示意图。（上）PTAC共聚物的单体结构、合成条件和聚合物网络；（下）共聚网络和界面粘附机理的示意图。

该超分子网络具有动态特性和高强度粘附（剪切强度>11 MPa），以及优异的耐水性和可重复性。耐水性界面粘附表明，疏水性PTAC网络在粘附时可能会诱导界面水的交换，从而导致强大的水下粘附力。熔融的PTAC共聚物和水在各种基材上的接触角测量支持了这一假设。

水下粘附行为的照片和机理。（左上）涂有PTAC共聚物的两块玻璃块的水下瞬时粘附照片；（右上）水下粘附的机理图；（下）PTAC共聚物和水在不同基材（玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、铜、木头、钢和聚四氟乙烯）表面的接触角测试。

TA具有生物相容性，该共聚物又具有动态特性，因此，这种独特的协调策略将为可穿戴电子设备和生物粘附材料的设计和应用提供许多机会。

该研究利用分子工程策略，通过控制本征动态分子的自组装行为来调控物质的宏观性能，为智能材料的理性设计提供了重要解决方案；将动态二硫键与非共价自组装相结合，通过多重动态键的精准协同与耦合，实现了高性能动态聚合材料的高效创制；通过分子工程策略创造出坚固且防水的粘附材料，能促进对界面粘附机制的基本理解，也有望进一步推动未来生物医学粘附材料的应用。

转自：“中国科学杂志社”微信公众号

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