作者:Seth Darling 来源: 《物质》 发布时间:2019/7/29 14:40:08
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“麻烦”的贻贝或是清污高手

 

随船只往来海上的各种“动物偷渡客”中,贻贝可谓最臭名远扬的一种,因为它们会牢牢粘在船上,对船体造成破坏。但贻贝也凭借自己这种牢固的黏合能力“将功补过”,成为工程技术界广受欢迎的明星之一。

近日,科学家在Matter上发表的一则评论中称,贻贝足线的化学特性为工程技术创新提供了不少启迪,比如科学家们利用贻贝清除泄漏的石油、净化处理污水等。

为了不被海中的强劲急流和汹涌巨浪冲走,贻贝长出了强度惊人的细长足丝,让自己紧紧附着在岩石上。贻贝足丝之所以拥有如此高的强度,是因为其中富含一种叫做二羟基苯丙氨酸(DOPA)的氨基酸,俗称多巴。多巴可以借助氢键、疏水作用和静电作用来实现分子运动,附着在物体表面上。

科学家发现,在这几种相互作用的帮助下,多巴可以附着在各种固体基质上,而与多巴分子结构相似的多巴胺也拥有这种特性。研究表明,多巴胺能够在各种基质上形成完整均匀的涂层,这一发现大大推动了贻贝仿生化学材料走进材料表面工程和环境科学领域,成为这些领域中强有力的新工具。

研究团队指出,“对于海洋产业来说,贻贝是一个公认的大麻烦,它们会把水下设施与装备弄得面目全非。但换个角度来看,贻贝牢牢附着在水下基质表面的能力为人们提供了灵感,开发出能够在水下实现超强黏合的仿生材料。”

很多颇具潜力的贻贝仿生材料研究都已经起步。中国的一个研究团队利用贻贝仿生技术研发出一种各种血型通用的红细胞,这种红细胞外部拥有贻贝仿生材料涂层,不会被人体免疫系统察觉,从而避免了不同血型血液混合引发的致命免疫反应。

此外,研究人员利用贻贝仿生技术成功研发出一种分离油水的高效材料,这种材料有望用于控制石油泄漏对海洋环境造成的破坏。研究人员认为,这种贻贝仿生新材料与以往类似用途材料的区别在于,它更适合投入大规模生产。贻贝仿生学也推动了水净化技术的发展,科学家利用聚多巴胺开发出了黏附去除水中重金属、有机污染物和病原体等有害物质的净水材料。

虽然贻贝的黏附性能已得到很多关注,但要将其用在现实中,还有很多挑战亟待克服。对于贻贝仿生材料(如聚多巴胺等)的结构—性质关系、氨基酸分子间的相互作用网络对材料黏性的影响等问题,科学家仍在不断探索中。

“尽管这些材料应用起来简单高效,但它们还是存在一些局限。”研究团队表示,“传统的多巴胺聚合过程需要在碱性条件下进行,一定程度上限制了其应用。另外,聚多巴胺沉积过程耗时漫长,往往需要几十个小时才能在大多数材料表面形成完整均匀涂层。”

未来,研究者们希望能找到成本更低、稳定性和安全性更高的聚多巴胺替代品来解决这些难题。(来源:中国科学报 张思玮)

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.002

 
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