仿壁虎和贻贝黏附材料

自然界中的动物和植物经过45亿年长期的进化使其结构与功能达到近乎完美的程度,实现了结构与功能的统一。黏附材料在生物医学、建筑等领域都具有重要的应用价值。受自然界中具有优异黏附特性的生物材料启发(如壁虎、贻贝等),国内外许多课题组相继开展了仿生黏附材料的研究。根据黏附机理的不同,黏附材料大致可分为可逆黏附和永久黏附两大类。壁虎的可逆黏附是基于其脚趾多尺度微纳结构与接触面间的范德华力,贻贝的永久黏附则源自其分泌的黏附蛋白。本文就壁虎、贻贝及其他生物黏附材料的黏附机理及其相应仿生黏附材料的国内外研究现状进行简要的综述,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

仿贻贝粘性高分子的应用进展

海洋贻贝类生物的足丝分泌蛋白几乎能够在所有基底材料上实现高强度、高韧性的粘附,且不受水或者潮湿环境影响。这种环境友好、条件温和的高效生物粘附剂引起了研究人员的兴趣,尤其在粘附机理和应用前景方面更是研究人员关注的重点。大量研究表明,贻贝超强的粘附能力与其分泌的粘附蛋白中高含量的3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴,DOPA)单元相关。受贻贝粘附蛋白的启发,人们研究发现,多巴胺(DA)分子具有与之相似的官能团,聚合后有相似分子结构,使用聚多巴胺替代聚多巴,可以在基体表面达到相似的粘附性能。本文简单介绍了仿贻贝粘性物质中的代表多巴胺自聚合形成聚多巴胺(PDA)与粘附机理,并重点介绍了近年来DOPA衍生物在表面改性、催化、生物防污及生物医学领域的应用和前景。     

仿贻贝粘附蛋白聚合物的研究及动态

贻贝粘附蛋白以其对不同基材表面及在水下都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即邻苯二酚基团与合成高分子相结合制备仿贻贝粘附蛋白聚合物,达到复制重现甚至超越天然贻贝粘附蛋白粘附效力的目的,是目前贻贝仿生领域研究热点之一。本文综述了近年来国内外仿贻贝粘附蛋白聚合物的研究进展。我们按照主链结构的种类进行了分类,对仿贻贝粘附蛋白聚合物材料的发展过程、材料的设计思路以及应用领域进行了系统的归纳总结。通过研究分子结构与仿生材料功能特性之间的相互关系,希望为以后设计合成新型的功能化的贻贝仿生材料提供有益的借鉴和参考。     

含多巴胺的贻贝仿生聚氨酯

将具有神奇黏附效果的贻贝黏附蛋白中的功能元——儿茶酚(catechol)与具有结构可设计、简单易得、低成本的聚氨酯相结合,制备新型高性能的贻贝仿生聚氨酯黏附材料.首先,通过异氰酸酯化学合成了含羧基的聚氨酯,接着通过碳二亚胺化学将含有儿茶酚功能团的多巴胺(dopamine)和含羧基的聚氨酯相结合制备了含多巴胺的聚氨酯.经过傅立叶转换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)等分析测试研究结果表明,多巴胺确实已被引入到聚氨酯中;同时,通过测试搭接剪切强度研究了其粘接性能,结果表明含多巴胺的聚氨酯相对于含羧基的聚氨酯的粘接性能得到大幅提高,其对金属基材的粘接强度提高了30%左右,达到5.2MPa,可以与贻贝黏附蛋白相媲美.     

贻贝黏附蛋白启发的甲壳素纳米晶须增强湿态黏附水凝胶的研究

报道了一种力学性能优良,湿态生物组织黏附能高的黏附水凝胶.该凝胶由丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯和3-三烯十五烷基-1,2-邻苯二酚共聚,与壳聚糖复合、并由甲壳素纳米晶须增强而成.该凝胶网络含有可逆和不可逆交联作用.其中可逆物理作用包括阴阳离子聚电解质静电吸引、烷基链疏水缔合、苯环π-π堆积、阳离子-π、氢键和拓扑纠缠.由这些物理键形成的次级网络的可逆形成/破坏为水凝胶形变提供了能量耗散,从而提升了其断裂韧性.另一方面,水凝胶的快速吸水能力破坏了湿润基体表面的水合层,使凝胶表面基团能与组织表面形成物理键和化学键的界面相互作用,从而共同促进水凝胶与湿态组织的强韧黏附.水凝胶的断裂强度可达276.4 kPa,对湿润猪皮的界面黏附韧性可达831 J/m²,在水下对猪皮的界面黏附韧性约达236 J/m²,猪皮和猪肝伤口闭合强度分别可达26.2和16.5 kPa.该黏附凝胶适合作为免缝合的伤口闭合黏胶材料.     

贻贝仿生胶粘剂研究进展

海洋贻贝因其分泌的含邻苯二酚结构的多巴粘附蛋白而拥有在潮湿或者水下环境对不同固体表面快速而牢固的粘附能力.通过模仿贻贝中大量丰富的多巴粘附蛋白结构的仿生胶粘剂能在干燥和水下环境中实现对各种基材的有效粘接.最近十余年来,学术界一直致力于合成含邻苯二酚结构的仿生聚合物胶粘剂,探究聚合物本体和外界环境对胶粘剂粘接性能的影响....     

基于贻贝启发的水下仿生胶黏剂

海洋中的贻贝依靠丝足(Byssus)与足盘(Plaque)可以在潮湿及水下环境中快速而牢固地黏附于各种固体表面。贻贝强健的足部具有沟渠状的生理结构,通过类似于“注塑生产”的生理过程,它们可以生成丝足与足盘。贻贝将液态的蛋白质挤压到沟渠里,只需几秒钟时间,这些蛋白质就能形成一条条发丝一样纤细的丝足。每条丝足的末端都有一个黏性足盘,足盘可以牢牢地黏附在岩石及固体表面。丝足及足盘由多种黏附蛋白(Mfps)组成,且几乎每种黏附蛋白都含有L-3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)成分。在过去的数十年间,科研人员基本揭示了贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理。DOPA的儿茶酚基团,通过氧化交联、金属螯合、氢键、静电作用、疏水作用、π-π作用、阳离子-π作用等各种共价和非共价相互作用,实现强大的界面黏接。基于贻贝黏附蛋白的结构及其黏附机理,通过使用DOPA及其类似物修饰的聚合物体系,人们得到了多种具有优秀机械性能和功能化的新型仿生多巴类水下胶黏剂。本综述首先介绍了贻贝黏附蛋白的组成特点及其黏附机理;随后分别介绍了凝聚层类胶黏剂、水凝胶类胶黏剂、智能型水下胶黏剂的结构特点及黏附机理;最后讨论了目前仿生水下胶黏剂存在的问题及未来发展前景。     

仿生高分子

仿生高分子是仿生化学的一个重要组成部分,是从分子水平上模拟生物高分子功能的一门边缘学科。它在内容上与生物无机化学、生物有机化学、分子生物学、高分子化学及医学互相     

仿生高分子的研究进展

本文介绍了近年来结构仿生高分子材料和功能仿生高分子材料方面的研究进展,介绍了生物材料的多级有序结构、智能水凝胶、仿荷叶表面、高分子在细胞培养和生物矿化等方面的研究结果,探讨了这一领域的可能发展方向.     

仿生干湿摩擦黏附器件的研究进展

生物在自然界的演化过程中进化出了许多独特的干湿摩擦、黏附器官来适应其生存环境.研究人员通过对自然界中典型摩擦与黏附现象的研究、认识和总结,提出了相应的仿生界面摩擦、黏附理论与模型,用于指导人工合成型智能摩擦黏附材料与器件.目前,仿生摩擦、黏附材料体系与器件的设计策略主要以表面微结构、界面物理化学相互作用以及机械形变为基...     

生物特异性功能高分子

模仿天然生物活性高分子关键作用点的化学组成，在高分子链上接上各种官能团或化学残基，制备具有与该天然高分子相似生物活性的高分子，即生物特异性功能高分子。本文主要介绍拟肝素高分子和似粘连 蛋白高分子两种生物特异性功能高分子。     

超支化聚合物研究进展

超支化聚合物由于具有高度文化三维球状结构以及众多的端基,因此显示出与相应线型分子截然不同的性质,如低粘度、无链缠结和良好的溶解性.本文讨论了超支化聚合物的特性与表征,对合成超支化聚合物所用单体以及产物作了详细介绍,旨在引起对该领域的兴趣.     

荧光聚合物研究进展

本文总结了近年来荧光聚合物的研究进展,主要介绍了荧光聚合物的分类：按其溶解性能可分为非水溶性、水溶性和两亲荧光聚合物三大类;荧光聚合物的合成：荧光化合物为引发剂、荧光化合物为链转移剂、荧光功能单体聚合、荧光化合物与聚合物的化学键合、非荧光功能单体聚合等五种制备荧光聚合物的设计合成方法;荧光聚合物的应用：荧光聚合物在荧光化学传感器、荧光分子温度计、荧光造影、药物载体、荧光探针等方面的应用研究。     

有机微孔聚合物研究进展

有机微孔聚合物(MOPs)是一类新型的多孔材料,具有合成方法多样、化学和物理性质稳定、孔尺寸可调控、表面可修饰等优点。近年来,MOPs在物理吸附储存气体方面表现出巨大潜力,从而在储氢和温室气体封存方面成为研究的热点之一。本文首先介绍了MOPs的结构类型及特点,分别介绍了自具微孔聚合物、超交联聚合物、共价有机网络以及共轭微孔聚合物的最新进展,分析结构与性能间的关系,并对其在催化、分离和气体储存方面的应用做了简单总结。最后对MOPs未来的研究进行了展望。     

光致变色聚合物研究进展

本文主要介绍了9类光致变色聚合物的研究状况,包括光致变色螺吡喃聚合物、螺噁嗪聚合物、二芳基乙烯光致变色聚合物、偶氮苯类光致变色聚合物、苯氧基萘并萘醌光致变色聚合物、俘精酰亚胺光致变色共聚物、硫靛光致变色共聚物、双硫腙光致变色聚合物以及二氢吲嗪光致变色聚合物等。讨论了聚合物的合成、光致变色性质、影响聚合物性质的因素,并对光致变色聚合物未来的研究重点和方向作了展望。     

光致变色聚合物研究进展

本文主要介绍了9类光致变色聚合物的研究状况,包括光致变色螺吡喃聚合物、螺嗪聚合物、二芳基乙烯光致变色聚合物、偶氮苯类光致变色聚合物、苯氧基萘并萘醌光致变色聚合物、俘精酰亚胺光致变色共聚物、硫靛光致变色共聚物、双硫腙光致变色聚合物以及二氢吲嗪光致变色聚合物等。讨论了聚合物的合成、光致变色性质、影响聚合物性质的因素,并对光致变色聚合物未来的研究重点和方向作了展望。     

磷脂聚合物的研究进展

磷脂聚合物是一类生物相容性很好的生物材料。本文从其化学组成和微观结构出发 ,综述了磷脂聚合物的发展及应用现状。     

胺类末端官能化聚合物的研究进展

简要介绍了胺类末端官能化聚合物的国内外发展状况,按照伯胺类、仲胺类、叔胺类三类封端剂合成的官能化聚合物进行了分类介绍,对于利用不同的胺类封端剂合成官能化聚合物的官能化反应的机理、反应条件和反应特点进行了深入的分析对比,叙述了从苛刻的低温反应条件到室温或更高反应温度、从需要添加极性调节剂到使用非极性烃类做溶剂和从单一特殊的官能化封端反应到通用的官能化封端反应的发展历程,并对未来胺类末端官能化聚合物的发展进行了展望。