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(fā)生在華南理工大學生物醫(yī)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(fā)的這一全新材料，不僅能在水下實現(xiàn)有效黏合，在強酸、強堿、高鹽等苛刻環(huán)境下也能產(chǎn)生強大的黏合力。該發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)現(xiàn)，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(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，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(xiàn)在水中長時間、高強度的穩(wěn)定黏附。

受藤壺啟發(fā)，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(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、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(jīng)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(fā)形成結構穩(wěn)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(yè)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(xiàn)界面的牢固黏合。”趙鵬超說。

團隊在研發(fā)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(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。通過不斷總結經(jīng)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(yōu)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(huán)境（pH1—13、高鹽度）中，仍能保持高度穩(wěn)定。

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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(yī)藥等眾多領域。

“目前，我們已在實驗室利用凝聚體膠水實現(xiàn)了對大鼠胃穿孔的有效修復，僅兩周就快速實現(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(xiàn)兩塊豬皮的緊密粘連。實驗數(shù)據(jù)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(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(fā)揮重要作用，“我們的實驗結果也表明，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。

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為醫(yī)用膠水研發(fā)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(xiàn)強效水下粘附》為題，于3月30日發(fā)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(yī)學科學與工程學院博士后易波博士（現(xiàn)為香港科學園博士后研究員）與中山大學附屬第一醫(yī)院李昊博士，通訊作者為生物醫(yī)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(chuàng)新性，我們首次提出并成功設計合成出凝聚體膠水，為醫(yī)用膠水的研發(fā)提出了新的思路。接下來，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(wěn)定性已經(jīng)很好，但要應用在胃穿孔等內部酸性更強的環(huán)境中，仍希望研發(fā)出更高效的膠水。”趙鵬超說。

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“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(fā)出的一類凝聚體飲品引起了投資者的關注。

“這類凝聚體產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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

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華南理工大學英文網(wǎng)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

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