在一個(gè)盛滿(mǎn)水的玻璃缸里放入兩塊薄玻璃片，中間涂抹一些透明物質(zhì)，之后用紫外光照射半分鐘，兩塊玻璃便牢牢地粘在了一起，用手怎么扯都扯不開(kāi)。這是發(fā)生在華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院邊黎明/趙鵬超教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室里的神奇一幕。

我們常用的普通膠水乃至強(qiáng)力膠，在水里往往很容易稀釋?zhuān)ず瞎δ荏E降。但華南理工研發(fā)的這一全新材料，不僅能在水下實(shí)現(xiàn)有效黏合，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高鹽等苛刻環(huán)境下也能產(chǎn)生強(qiáng)大的黏合力。該發(fā)明將有望為水下密封與組織修復(fù)等領(lǐng)域的難題提供全新解決方案，相關(guān)研究成果已于近期刊發(fā)在學(xué)術(shù)期刊《自然·化學(xué)》上。

近日，廣州日?qǐng)?bào)《科技周刊》記者采訪(fǎng)了該團(tuán)隊(duì)，下面我們就跟著記者一探這款“神奇膠水”的研發(fā)過(guò)程和廣闊應(yīng)用場(chǎng)景。

甩不掉的討厭藤壺，給了科學(xué)家一個(gè)“牢牢黏住”的靈感

究竟什么樣的材料能夠?qū)崿F(xiàn)水下黏合？

論文的第一作者易波博士告訴記者，團(tuán)隊(duì)最初受海洋生物藤壺的啟發(fā)開(kāi)展了這項(xiàng)研究。“藤壺在海洋里是非常討厭的生物，它們會(huì)牢牢地黏附在鯨魚(yú)、海龜身上，甚至黏附在輪船的船底。被黏住的生物無(wú)論怎么甩，都沒(méi)辦法將它們甩下來(lái)，只能等死。所以，我們常常能看到人類(lèi)幫助海龜清理藤壺的視頻。”

藤壺的黏附力為什么這么強(qiáng)？研究發(fā)現(xiàn)，它們通過(guò)分泌蛋白質(zhì)，形成一種液—液相分離的凝聚體，從而在海水中緊緊黏附住生物、船體、巖石。

“藤壺釋放的這種‘膠水’給了我們很大的啟示。”易波告訴記者，液—液相分離是某類(lèi)高分子溶液的濃度超出臨界值時(shí)發(fā)生的特有現(xiàn)象。其產(chǎn)生的高分子凝聚體在放入水中時(shí)，與水分離而不混合，幾乎不被水稀釋。隨著凝聚體固化，便能實(shí)現(xiàn)在水中長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的穩(wěn)定黏附。

受藤壺啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始設(shè)想一種類(lèi)似藤壺分泌物的人造“膠水”。團(tuán)隊(duì)希望這類(lèi)“膠水”不僅有強(qiáng)黏附性，同時(shí)還是低毒和可代謝的，未來(lái)可用于人體組織的黏合。“人體內(nèi)絕大部分區(qū)域處于潮濕或液體環(huán)境中。研發(fā)這種新型的膠水，可以解決目前醫(yī)用膠水黏性不強(qiáng)、易被稀釋的痛點(diǎn)。”趙鵬超說(shuō)。

通過(guò)化學(xué)改性“溶水”材料變“疏水”材料，科學(xué)家三年攻關(guān)做出“對(duì)的膠”

記者了解到，華南理工科研團(tuán)隊(duì)早在2023年就開(kāi)啟了這項(xiàng)研究。經(jīng)過(guò)3年的科研攻關(guān)，成功設(shè)計(jì)并合成了一種端基功能化改性的聚丙二醇（PPG）聚合物。當(dāng)這種聚合物與水相遇后，可以自發(fā)形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且功能獨(dú)特的非復(fù)合凝聚體。該凝聚體在遇光或受熱后，能高效地富集并濃縮裝載其中的親水性固化劑，通過(guò)快速原位光固化，形成具有強(qiáng)大內(nèi)聚力的黏合層，牢牢地將水下的兩個(gè)物體粘在一起。

“聚丙二醇是一種常見(jiàn)的工業(yè)原材料，本身可溶于水。我們的科研主要落在兩個(gè)方面，一是通過(guò)化學(xué)改性的方法，將它的性質(zhì)從‘溶水’變成‘疏水’，從而在水下形成難以溶解的凝聚體；二是不斷提高這種凝聚體的黏附性能，讓它能在需要黏合的界面上鋪張開(kāi)來(lái)，并能滲透到界面的孔隙內(nèi)。如此一來(lái)，當(dāng)‘膠水’凝固后，就可以實(shí)現(xiàn)界面的牢固黏合。”趙鵬超說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過(guò)程中曾遇到很多阻礙，易波介紹：“在材料的篩選和改性上，我們有過(guò)無(wú)數(shù)次嘗試和失敗，除了聚丙二醇，我們還曾使用聚乙二醇等材料，但它們固化之后的黏附效果都不理想。通過(guò)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，我們終于找到了這種新型‘膠水’，摸索出合成這種‘膠水’的技術(shù)路線(xiàn)。”

“水下膠水”三大優(yōu)勢(shì)

超鋪展特性——這款水下膠水在水下具有極低的界面張力，能在多種基底（包括玻璃、塑料、金屬等）上鋪展，主動(dòng)排開(kāi)水層，緊密接觸基底。

超滲透能力——無(wú)須稀釋即可滲進(jìn)多種多孔水合基底（如水凝膠、聚氨酯海綿）和含脂質(zhì)基底（如有機(jī)凝膠、皮膚組織）內(nèi)部，形成纏結(jié)界面，增強(qiáng)黏附強(qiáng)度。

強(qiáng)抗稀釋效應(yīng)——凝聚體在水下復(fù)雜環(huán)境（pH1—13、高鹽度）中，仍能保持高度穩(wěn)定。

01

有望應(yīng)用于胃腸穿孔等多領(lǐng)域

趙鵬超告訴記者，這一凝聚體膠水可以應(yīng)用于生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。

“目前，我們已在實(shí)驗(yàn)室利用凝聚體膠水實(shí)現(xiàn)了對(duì)大鼠胃穿孔的有效修復(fù)，僅兩周就快速實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)口愈合。我們的膠水可以做成可降解的，其在生物體內(nèi)的降解時(shí)間可以調(diào)控。膠水可以保護(hù)新生的組織，并逐漸被生物體所吸收代謝。”易波告訴記者，團(tuán)隊(duì)還成功對(duì)豬腸和豬心臟組織穿孔進(jìn)行快速密封，團(tuán)隊(duì)還利用這一膠水實(shí)現(xiàn)兩塊豬皮的緊密粘連。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，膠水對(duì)豬皮的黏附強(qiáng)度高達(dá)479千帕，并能承受436千帕的爆破壓力。

“這一黏附強(qiáng)度是我們普通醫(yī)用纖維蛋白膠的數(shù)十倍。”易波介紹，一些高血壓患者的血壓會(huì)達(dá)到150毫米汞柱，換算下來(lái)，這款膠水所能承受的壓力相當(dāng)于3000多毫米汞柱，遠(yuǎn)高于人體血管所能承受的極限。目前的毒理實(shí)驗(yàn)也顯示，這款膠水在動(dòng)物體內(nèi)沒(méi)有任何免疫反應(yīng)或毒性反應(yīng)。

這款膠水還有望在水管、水桶、船舶的修復(fù)上發(fā)揮重要作用，“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，在高鹽環(huán)境中，這款膠水同樣能發(fā)揮優(yōu)秀的黏合性能。”趙鵬超說(shuō)。

02

為醫(yī)用膠水研發(fā)提供新思路

記者了解到，團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果以《超擴(kuò)散與超滲透性凝聚體在水合及脂質(zhì)基底上實(shí)現(xiàn)強(qiáng)效水下粘附》為題，于3月30日發(fā)表于《自然·化學(xué)》（Nature Chemistry）上。論文第一作者為華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院博士后易波博士（現(xiàn)為香港科學(xué)園博士后研究員）與中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院李昊博士，通訊作者為生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院邊黎明教授、趙鵬超教授及張琨雨教授。

趙鵬超表示：“期刊編輯非常認(rèn)可我們這項(xiàng)研究的創(chuàng)新性，我們首次提出并成功設(shè)計(jì)合成出凝聚體膠水，為醫(yī)用膠水的研發(fā)提出了新的思路。接下來(lái)，這類(lèi)凝聚體膠水有望形成新的材料‘家族’，不斷擴(kuò)展其性能和應(yīng)用場(chǎng)景。”

接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步提升材料的各項(xiàng)性能，如使用生物相容性更好的天然來(lái)源材料作黏合劑。“雖然‘膠水’的穩(wěn)定性已經(jīng)很好，但要應(yīng)用在胃穿孔等內(nèi)部酸性更強(qiáng)的環(huán)境中，仍希望研發(fā)出更高效的膠水。”趙鵬超說(shuō)。

03

“凝聚體”用途多，減少酒精吸收還有助減肥

趙鵬超告訴記者，除膠水外，凝聚體材料還有眾多應(yīng)用場(chǎng)景。目前，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出的一類(lèi)凝聚體飲品引起了投資者的關(guān)注。

“這類(lèi)凝聚體產(chǎn)品可以在腸道內(nèi)形成一層保護(hù)膜，只需在飲酒前半小時(shí)飲用，就可以使血液酒精濃度峰值下降40%，多余的酒精及這些凝聚體可經(jīng)腸道排出體外，不會(huì)被人體吸收。”趙鵬超說(shuō)，接下來(lái)，這類(lèi)凝聚體產(chǎn)品有望做成“果汁”。

不僅如此，此類(lèi)凝聚體材料還可以減少腸道對(duì)熱量的吸收，只要大餐前飲用就可以放心開(kāi)吃。當(dāng)然，這些材料也可以通過(guò)糞便排出體外。

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文：廣州日?qǐng)?bào)新花城記者：武威

圖：廣州日?qǐng)?bào)新花城記者：王維宣（部分圖片由AI生成）

視頻：廣州日?qǐng)?bào)新花城記者：武威、王維宣

微信編輯：鮑恩

初審：冀早早

二審：盧慶雷

終審：夏正林

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