《Science》揭示海洋中贝类水下粘附的秘密

当我们漫步在海滩，仔细观察会发现一个很有意思的现象：海边的贻贝、牡蛎等贝类生物能够很牢固地粘附在坚硬的石壁上，并能在一定程度上经受住海浪的冲击。那么究竟是什么原因使得它们之间具有如此强的结合能力呢？

Credit: Jonathan Wilkers

美国加州大学圣芭芭拉分校的三位教授（J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler）领导的研究团队最近在《Science》发文，找到了这个问题的答案。美国普渡大学的Jonathan Wilker教授在同期的《Science》上发表了评述，高度评价了这一发现。（相关阅读：潜水带来的灵感：《Nature》介绍神奇胶水）。

Dopa (3,4-dihydroxyphenylalanine)

图片来源：C&EN

众所周知，我们生活中常用的粘胶剂（如丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯），一般都要求在清洁与干燥的条件下才能生效，而贝类生物在湿润的海洋环境下却依然能够牢固地进行粘附。研究结果显示，这是因为贝类生物可以分泌出一种称为Dopa（多巴，3,4-dihydroxyphenylalanine）的氨基酸，catechol（邻苯二酚，1,2-dihydroxybenzene）为该多巴氨基酸的侧链，多巴氨基酸在含铁的环境中，主要依靠它的活性成分catechol发生氢键和金属螯合作用，从而产生较强的表面吸附效果。

图片来源：Science, DOI: 10.1126/science.aab0556

当然，在不同的环境下catechol进行粘附作用的机制也是不一样的。如上图所示：1.当处于空气与纯水的环境中，包含catechol的多巴氨基酸会与阴离子表面发生结合作用；2.当处于盐水的环境中（海洋），多巴氨基酸由于具有高含量的赖氨酸和精氨酸残基，可以使得自身带正电荷，从而与阴离子表面产生比条件1更强的结合作用。

图片来源：www.lankaesite.com

该发现为科学家们研发出在各种潮湿环境下仍然有效的新型粘合剂提供了新的可能，并且可以通过设置环境来“量身定做”出具有不同粘合效果的胶黏剂。大大拓宽了传统胶黏剂的局限性，具有极其光明的应用前景！

1. http://www.sciencemag.org/content/349/6248/628.short

2. http://www.sciencemag.org/content/349/6248/582

3. http://cen.acs.org/articles/93/web/2015/08/One-Mystery-Mussels-Stick-Rocks.html

（作者：黄攀）