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青岛能源所新型仿贻贝蛋白胶粘剂研究取得系列

添加时间:2019-10-21

  平谷一点红重庆彩开奖直播中小学教师资格考试:2019年教师资格考试备考之作,作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  贻贝蛋白以在水下具备高强的粘附能力而闻名。根据仿生学原理,通过将贻贝粘附蛋白功能元(邻苯二酚基团)与合成高分子相结合,达到复制甚至超越天然贻贝粘附蛋白粘附效力的目的,是目前仿贻贝蛋白胶粘剂(以下简称仿贻贝胶)领域研究热点之一。近年来,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料重点实验室研究员万晓波率领的生物基及仿生高分子材料团队一直致力于仿贻贝胶的研究,并取得了一系列进展。

  大多数研究认为,在贻贝所分泌的粘附蛋白中,一种带有邻苯二酚侧基的氨基酸残基(DOPA)对强力粘附起到了关键性的作用,这种邻苯二酚结构既可以通过氧化交联形成共价键来提升粘接性能,也可以通过与金属离子(主要是三价铁离子)以及不同基材表面的配位来增加粘附强度。目前大部分的仿贻贝胶都旨在在不同高分子的侧链上引入邻苯二酚结构,以达到粘合的效果。但是,总体说来,大多数的仿贻贝胶只能实现干态下的强力粘附,在水下的粘附能力则大打折扣;此外,大部分仿贻贝胶的合成方法繁琐,成本高昂,不适用于大规模生产。

  在前期工作的基础上(Polymer2014, 55, 1160;Macromol. Chem. Phys.2015, 216, 450),穆有炳等研究人员意识到仅靠引入邻苯二酚结构来实现仿贻贝胶的强力水下粘接是不够的。为实现水下粘接,他们选择了与贻贝粘附蛋白的多肽主链结构有一定类似性的聚乙烯吡咯烷酮为主链,并通过点击化学反应将邻苯二酚基团接枝到聚乙烯吡咯烷酮主链上得到了一种新型的仿贻贝胶。该胶粘剂展现出良好的水下粘接性能,水下粘接时展现出比干态粘接(0.7 MPa)更好的胶合强度,水下固化后胶合强度最高可达1.6 MPa(Chem. Commun.2015, 51, 9117)。该实验结果证实了主链结构能极大影响仿贻贝胶的水下粘接性能,但这在以往的非多肽主链的仿贻贝胶的合成中没有引起更多的重视。

  近日,该团队以廉价易得的聚乙烯醇为原料,通过一步法在侧链上引入邻苯二酚基团,制得了本体型无溶剂仿贻贝胶。该胶在140℃下热压20 min后,胶合强度可达17.3 MPa,高于商用502胶及环氧树脂胶(Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545)。由于其制备工艺简单,原料廉价易得,可望大规模实际应用。

  贻贝蛋白以在水下具备高强的粘附能力而闻名。根据仿生学原理,通过将贻贝粘附蛋白功能元(邻苯二酚基团)与合成高分子相结合,达到复制甚至超越天然贻贝粘附蛋白粘附效力的目的,是目前仿贻贝蛋白胶粘剂(以下简称仿贻贝胶)领域研究热点之一。近年来,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料重点实验室研究员万晓波率领的生物基及仿生高分子材料团队一直致力于仿贻贝胶的研究,并取得了一系列进展。

  大多数研究认为,在贻贝所分泌的粘附蛋白中,一种带有邻苯二酚侧基的氨基酸残基(DOPA)对强力粘附起到了关键性的作用,这种邻苯二酚结构既可以通过氧化交联形成共价键来提升粘接性能,也可以通过与金属离子(主要是三价铁离子)以及不同基材表面的配位来增加粘附强度。目前大部分的仿贻贝胶都旨在在不同高分子的侧链上引入邻苯二酚结构,以达到粘合的效果。但是,总体说来,大多数的仿贻贝胶只能实现干态下的强力粘附,在水下的粘附能力则大打折扣;此外,大部分仿贻贝胶的合成方法繁琐,成本高昂,不适用于大规模生产。

  在前期工作的基础上(Polymer 2014, 55, 1160;Macromol. Chem. Phys. 2015, 216, 450),穆有炳等研究人员意识到仅靠引入邻苯二酚结构来实现仿贻贝胶的强力水下粘接是不够的。为实现水下粘接,他们选择了与贻贝粘附蛋白的多肽主链结构有一定类似性的聚乙烯吡咯烷酮为主链,并通过点击化学反应将邻苯二酚基团接枝到聚乙烯吡咯烷酮主链上得到了一种新型的仿贻贝胶。该胶粘剂展现出良好的水下粘接性能,水下粘接时展现出比干态粘接(0.7 MPa)更好的胶合强度,水下固化后胶合强度最高可达1.6 MPa(Chem. Commun. 2015, 51, 9117)。该实验结果证实了主链结构能极大影响仿贻贝胶的水下粘接性能,但这在以往的非多肽主链的仿贻贝胶的合成中没有引起更多的重视。

  近日,该团队以廉价易得的聚乙烯醇为原料,通过一步法在侧链上引入邻苯二酚基团,制得了本体型无溶剂仿贻贝胶。该胶在140 ℃下热压20 min后,胶合强度可达17.3 MPa,高于商用502胶及环氧树脂胶(Macromol. Rapid Comm. 2016, 37, 545)。由于其制备工艺简单,原料廉价易得,可望大规模实际应用。

  上述研究获得了中科院百人计划、山东省自然科学基金、所长创新基金等支持。

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