華南理工研發神奇“水下膠水” ， 團隊：受藤壺啟發！

在一個盛滿水的玻璃缸里放入兩塊薄玻璃片，中間涂抹一些透明物質，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。這是發生在華南理工大學生物醫學科學與工程學院邊黎明/趙鵬超教授團隊實驗室里的神奇一幕。

我們常用的普通膠水乃至強力膠，在水里往往很容易稀釋，黏合功能驟降。但華南理工研發的這一全新材料，不僅能在水下實現有效黏合，在強酸、強堿、高鹽等苛刻環境下也能產生強大的黏合力。該發明將有望為水下密封與組織修復等領域的難題提供全新解決方案，相關研究成果已于近期刊發在學術期刊《自然·化學》上。

近日，廣州日報《科技周刊》記者采訪了該團隊，下面我們就跟著記者一探這款“神奇膠水”的研發過程和廣闊應用場景。

甩不掉的討厭藤壺，給了科學家一個“牢牢黏住”的靈感

究竟什么樣的材料能夠實現水下黏合？

論文的第一作者易波博士告訴記者，團隊最初受海洋生物藤壺的啟發開展了這項研究。“藤壺在海洋里是非常討厭的生物，它們會牢牢地黏附在鯨魚、海龜身上，甚至黏附在輪船的船底。被黏住的生物無論怎么甩，都沒辦法將它們甩下來，只能等死。所以，我們常常能看到人類幫助海龜清理藤壺的視頻。”

藤壺的黏附力為什么這么強？研究發現，它們通過分泌蛋白質，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—液相分離是某類高分子溶液的濃度超出臨界值時發生的特有現象。其產生的高分子凝聚體在放入水中時，與水分離而不混合，幾乎不被水稀釋。隨著凝聚體固化，便能實現在水中長時間、高強度的穩定黏附。

受藤壺啟發，團隊開始設想一種類似藤壺分泌物的人造“膠水”。團隊希望這類“膠水”不僅有強黏附性，同時還是低毒和可代謝的，未來可用于人體組織的黏合。“人體內絕大部分區域處于潮濕或液體環境中。研發這種新型的膠水，可以解決目前醫用膠水黏性不強、易被稀釋的痛點。”趙鵬超說。

通過化學改性“溶水”材料變“疏水”材料，科學家三年攻關做出“對的膠”

記者了解到，華南理工科研團隊早在2023年就開啟了這項研究。經過3年的科研攻關，成功設計并合成了一種端基功能化改性的聚丙二醇（PPG）聚合物。當這種聚合物與水相遇后，可以自發形成結構穩定且功能獨特的非復合凝聚體。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，通過快速原位光固化，形成具有強大內聚力的黏合層，牢牢地將水下的兩個物體粘在一起。

“聚丙二醇是一種常見的工業原材料，本身可溶于水。我們的科研主要落在兩個方面，一是通過化學改性的方法，將它的性質從‘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來，并能滲透到界面的孔隙內。如此一來，當‘膠水’凝固后，就可以實現界面的牢固黏合。”趙鵬超說。

團隊在研發過程中曾遇到很多阻礙，易波介紹：“在材料的篩選和改性上，我們有過無數次嘗試和失敗，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。通過不斷總結經驗，我們終于找到了這種新型‘膠水’，摸索出合成這種‘膠水’的技術路線。”

“水下膠水”三大優勢

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，主動排開水層，緊密接觸基底。

超滲透能力——無須稀釋即可滲進多種多孔水合基底（如水凝膠、聚氨酯海綿）和含脂質基底（如有機凝膠、皮膚組織）內部，形成纏結界面，增強黏附強度。

強抗稀釋效應——凝聚體在水下復雜環境（pH1—13、高鹽度）中，仍能保持高度穩定。

01

有望應用于胃腸穿孔等多領域

趙鵬超告訴記者，這一凝聚體膠水可以應用于生物醫藥等眾多領域。

“目前，我們已在實驗室利用凝聚體膠水實現了對大鼠胃穿孔的有效修復，僅兩周就快速實現了創口愈合。我們的膠水可以做成可降解的，其在生物體內的降解時間可以調控。膠水可以保護新生的組織，并逐漸被生物體所吸收代謝。”易波告訴記者，團隊還成功對豬腸和豬心臟組織穿孔進行快速密封，團隊還利用這一膠水實現兩塊豬皮的緊密粘連。實驗數據顯示，膠水對豬皮的黏附強度高達479千帕，并能承受436千帕的爆破壓力。

“這一黏附強度是我們普通醫用纖維蛋白膠的數十倍。”易波介紹，一些高血壓患者的血壓會達到150毫米汞柱，換算下來，這款膠水所能承受的壓力相當于3000多毫米汞柱，遠高于人體血管所能承受的極限。目前的毒理實驗也顯示，這款膠水在動物體內沒有任何免疫反應或毒性反應。

這款膠水還有望在水管、水桶、船舶的修復上發揮重要作用，“我們的實驗結果也表明，在高鹽環境中，這款膠水同樣能發揮優秀的黏合性能。”趙鵬超說。

02

為醫用膠水研發提供新思路

記者了解到，團隊的這項研究成果以《超擴散與超滲透性凝聚體在水合及脂質基底上實現強效水下粘附》為題，于3月30日發表于《自然·化學》（Nature Chemistry）上。論文第一作者為華南理工大學生物醫學科學與工程學院博士后易波博士（現為香港科學園博士后研究員）與中山大學附屬第一醫院李昊博士，通訊作者為生物醫學科學與工程學院邊黎明教授、趙鵬超教授及張琨雨教授。

趙鵬超表示：“期刊編輯非常認可我們這項研究的創新性，我們首次提出并成功設計合成出凝聚體膠水，為醫用膠水的研發提出了新的思路。接下來，這類凝聚體膠水有望形成新的材料‘家族’，不斷擴展其性能和應用場景。”

接下來，團隊將進一步提升材料的各項性能，如使用生物相容性更好的天然來源材料作黏合劑。“雖然‘膠水’的穩定性已經很好，但要應用在胃穿孔等內部酸性更強的環境中，仍希望研發出更高效的膠水。”趙鵬超說。

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用場景。目前，實驗室研發出的一類凝聚體飲品引起了投資者的關注。

“這類凝聚體產品可以在腸道內形成一層保護膜，只需在飲酒前半小時飲用，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腸道排出體外，不會被人體吸收。”趙鵬超說，接下來，這類凝聚體產品有望做成“果汁”。

不僅如此，此類凝聚體材料還可以減少腸道對熱量的吸收，只要大餐前飲用就可以放心開吃。當然，這些材料也可以通過糞便排出體外。

《中國科學報》頭版報道

中國教育發布首頁推薦

華南理工大學英文網站報道

華南理工大學　學生記者團

文：廣州日報新花城記者：武威

圖：廣州日報新花城記者：王維宣（部分圖片由AI生成）

視頻：廣州日報新花城記者：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

華工原創，版權所有

若需轉載，敬請聯絡

郵箱：hgxcb@scut.edu.cn

“分享”“點贊”“在看”，記得一鍵三連哦