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新的生物启发水凝胶在海水中像超级素

时间：2022-03-18 09:25:03 来源：

新开发的凝胶在高离子条件下粘附在带负电的固体表面，例如海水中。

在海中粘在海上：新的生物启发水凝胶可以像诸如海水等高离子环境中的超级聚集，克服目前可用的海洋粘合剂的问题。

科学家一直在努力为海洋环境开发粘合剂，这些环境受到贻贝这样的水下表面的生物体的启发。这些基于儿茶酚的胶水容易被氧化，因此最终失去了它们的粘合性，使它们不适用于其预期目的。

在目前在自然界通信中发表的研究中，北海道大学的海隆粉和剑平龚与其同事探讨了开发利用静电相互作用的粘合剂的可能性，以粘在海中的岩石，玻璃和金属如岩石，玻璃和金属上的带负电。

该团队建造了由两种类型单体制成的聚合物链作为构建块。一个含有带正电荷的“阳离子”残留物，另一个含有“芳香”环。在生物系中，已知蛋白质中的相邻阳离子芳族氨基酸序列促进盐水中的静电相互作用。然而，由于控制单体序列的困难，它一直挑战。在合成聚合物中引入这种序列。

龚和她的同事发现，具有相邻阳离子 - 芳族序列的合成聚合物可以使用高度可扩展，经济高效的方法来容易地制造“阳离子-P复合游离自由基聚合”。

水凝胶只花了五秒钟才能粘在玻璃块之前，然后将海水从海水抬到空中。

研究人员发现，聚合物中的两种残留物在一起形成水凝胶，其在盐水中粘合到带负电的固体表面 - 粘合强度接近约60kPa。由多种阳离子 - 芳族单体组合组成的水凝胶表现出快速，强，但对表面的可逆粘附。由于聚合物和带负电表面上的带正电荷残基之间的静电相互作用，粘附性很大程度上。但是，有趣的是，由这些阳离子 - 芳族单体制成的聚合物，没有相邻序列的几乎是粘附的，表明相邻的芳族残余物能够提高高离子强度环境中的静电相互作用。

合成方法产生具有相邻阳离子（蓝色） - 芳族（绿色）序列的聚合物。聚合物中的两种单体类型粘合在一起形成水凝胶，其在盐水中粘合到带负电的固体表面。

“我们的序列控制聚合物水凝胶应该具有有前途的应用作为海底泄漏的胶水，用于保护海洋环境的海砂粘合剂，以及海上混凝土的混凝剂，”龚说。他们的研究还可以铺平进一步调查高离子环境中的静电相互作用的方法。

本研究部分在2018年在北海道大学建立的化学反应设计和发现（WPI-ICRIDD）进行了研究所，以推进我们对化学反应的理解。

参考：Hailong Fan等人，相邻的阳离子芳族序列产生海水中水凝胶的强静电粘附。自然通信。2019年11月12日.DOI：
10.1038 / S41467-019-13171-9

资金：本研究得到了日本促进科学（JSPS）的Kakenhi Grant（JP17H06144）的支持。


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