東京大學研究生院工學系研究科的江島廣貴副教授等人組成的研究團隊受海洋生物的粘附機制啓發，成功開發出了即使在水中粘合強度也超過10MPa的超高強度水下粘合劑。
普通粘合劑在水中的粘合強度會大幅降低。終極因數之一是，黏著物表面的水合水會抑制粘合劑與黏著物之間的相輔作用。但地中海貽貝卻可以非常輕鬆地進行這種困難的水下粘附。海洋生物學家們一直在探索粘附蛋白，並確定了富含DOPA的蛋白質家族。DOPA是L-3,4-二羥苯丙胺酸，地中海貽貝的粘附蛋白中富含DOPA。DOPA的苯環上有兩個羥基，研究團隊從中受到啓發，此前研究了在聚苯乙烯骨架中導入兩個和三個羥基的仿生水下粘合強度。
圖1：貽貝粘附蛋白中富含的DOPA，以及此前的研究和本次研究中所利用的酚羥基的化學結構（供圖：東京大學）
分子動力學的類比結果表明，酚羥基數量越多越有利於吸附在基材表面。另一方面，隨着酚羥基數量增加，聚合物鏈會變得更加親水。在水中發生膨脹或溶解時，水下粘合強度會大幅降低，所以水下粘合劑需要具備疏水性。江島副教授介紹說：「爲此，此次在水下粘合劑的材料設計階段，既要保持聚合體材料疏水性，同時又要儘可能多地導入有助於界面粘附的酚羥基，這兩個相互衝突的要求讓我們費了很大的工夫。」
圖2：在水中將粘合劑塗抹在鋁棒的表面（供圖：東京大學）
研究團隊此次全球首次成功合成了具有更多酚羥基（4個和5個）的聚合物，並且實施了10MPa以上的水下粘合強度。這種程度的粘合強度相當於能以1立方厘米的微小粘合面積粘附約100公斤的重量。
江島副教授表示：「新開發的粘合劑在溼潤環境下也能發揮強粘合力，因此我們正探討將其作爲手術用粘合劑。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Communications（線上版：4月13日）
論文：Ultrastrong underwater adhesion on diverse substrates using non-canonical phenolic groups
DOI：10.1038/s41467-022-29427-w
URL：nature.com/articles/s41467-022-29427-w
