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        學螺裝貝

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        貝館貝藏貝人貝語漁夫與貝學螺裝貝
        “隨波逐流”靈感大爆發:來自貝類的神奇膠水
        來源:www.stitch21.com 時間:2017-10-30點擊數:載入中...

        當我們漫步在海灘,仔細觀察會發現一個很有意思的現象:海邊的貽貝、牡蠣等貝類生物能夠很牢固地粘附在堅硬的石壁上,并能在一定程度上經受住海浪的沖擊。那么究竟是什么原因使得它們之間具有如此強的結合能力呢?

        美國普渡大學的Jonathan Wilker教授和加州大學加州大學圣芭芭拉分校的三位教授(J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler)都找到了這個問題的答案,前者在《Nature》,后者在《Science》上發文揭示海洋中貝類水下粘附的秘密。揭秘詳情請看下文:

        一、潛水帶來靈感的神奇膠水/Nature

        十五年前,Jonathan Wilker在加州海岸潛水時,波濤洶涌的海水讓他只能“隨波逐流”,但讓人驚訝的是,他周圍的貽貝卻始終牢牢的固定在巖石上。Wilker是美國普渡大學的一名化學家兼材料工程師,這次潛水之后,他就想知道為什么軟體動物能成功的抵制海水的沖擊,又是如何在水下形成的強大粘合力,要知道大多數人造膠水只能應用于完全干燥的表面。而這次潛水讓他走進了海洋聚合物的世界,也為他日后的化學研究奠定了基礎。

        Wilker在分析海洋生物體中某些具有強粘性物質的結構時發現,這類物質所含的蛋白具有高分子聚合物的結構特征。在這些蛋白結構中,很多酪氨酸(Tyrosine)的結構上多了一個羥基,被轉化為多巴(DOPA),這種變化使得蛋白發生交聯,并使膠能固定其上。而科研人員也發現,當DOPA分子上的羥基與一些無機物相結合時可以使這些蛋白成為高分子聚合物,這類高分子可以強有力的附著在一些物質表面。

        二、揭示海洋中貝類水下粘附的秘密/Science

        眾所周知,我們生活中常用的粘膠劑(如丙烯酸酯、環氧樹脂、聚氨酯),一般都要求在清潔與干燥的條件下才能生效,而貝類生物在濕潤的海洋環境下卻依然能夠牢固地進行粘附。這其中到底有什么秘密呢?

        美國加州大學圣芭芭拉分校的三位教授(J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler)領導的研究團隊最近在《Science》發文揭秘了海洋中貝類水下粘度的原因。

        Dopa (3,4-dihydroxyphenylalanine)

        研究結果顯示,這是因為貝類生物可以分泌出一種稱為Dopa多巴,3,4-dihydroxyphenylalanine)的氨基酸,catechol鄰苯二酚,1,2-dihydroxybenzene)為該多巴氨基酸的側鏈,多巴氨基酸在含鐵的環境中,主要依靠它的活性成分catechol發生氫鍵和金屬螯合作用,從而產生較強的表面吸附效果。

        當然,在不同的環境下catechol進行粘附作用的機制也是不一樣的。如上圖所示:1.當處于空氣與純水的環境中,包含catechol的多巴氨基酸會與陰離子表面發生結合作用;2.當處于鹽水的環境中(海洋),多巴氨基酸由于具有高含量的賴氨酸和精氨酸殘基,可以使得自身帶正電荷,從而與陰離子表面產生比條件1更強的結合作用。

        這個發現為科學家們研發出在各種潮濕環境下仍然有效的新型粘合劑提供了新的可能,并且可以通過設置環境來“量身定做”出具有不同粘合效果的膠黏劑。大大拓寬了傳統膠黏劑的局限性,具有極其光明的應用前景!

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        Wilker教授他們找到了貝類水下粘附的秘密后,就一直在研究希望能開發出適應惡劣環境的新材料。最終他們仿照貽貝的粘附蛋白,制作出一種仿生聚合物。

        貝類天然膠質中富含蛋白質與一種名為二羥苯丙氨酸的氨基酸的原理。當其他粘合劑與水發生反應的時候,二羥苯丙氨酸中的茶酚化合物仍然能保持粘性,將貽貝與其它材料的表面牢牢粘合。研究人員仿照該機制,在人工聚合物中添加了相同的氨基酸和貽貝蛋白質之后,成功制成了這款水下膠水。

        研究測試表明,當用于粘接拋光鋁片時,這種新膠水的表現優于10種商業粘合劑。在研究過程中,即便是粘結木材、聚四氟乙烯塑料和拋光鋁片,它也比世界排名前五的膠粘劑更強。同時,它也是唯一一種在測試中連接木頭與拋光鋁片的粘合劑,粘性是天然膠質的17倍。

        Wilker稱,研究小組高度關注其中名為兒茶酚的化合物,兒茶酚-苯乙烯可能會是未來最強的水下粘合劑之一。水下環境中它有一種特殊天賦,能夠“鉆過”水體,持續粘合材料。

        該研究項目由美國海軍研究辦公室支持,一段在人工海水艙內進行水下粘合的視頻已被上傳至國際視頻網站。從視頻中可知,該粘合劑在受控實驗室條件下效果良好。研究者相信未來這種新型粘合劑能走入市場,實際應用于生活中。能夠給汽車制造和房屋建造帶來新改變,畢竟這些東西一直要接觸水;還可以被用在水下修復中,不論是臨時的還是永久修復;還有可能,它能成為更方便的修補工具,這樣你不需要為了游泳池里的一個小裂縫而抽干一池子的水。

        延伸閱讀:

        其實早在900多年前,我們的先民就發現了貝類水下驚人的粘附力。當時北宋建造洛陽橋時,為了鞏固橋基,建造者在橋下養殖了大量的牡蠣,巧妙地利用牡額外殼附著力強,繁生速度快的特點,把橋基和橋墩牢固地膠結成一個整體,這是世界造橋史上別出心裁的“種蠣固基法”,也是世界上第一個把生物學應用于橋梁工程的先例。(詳情可以查看小編之前寫的《一座名橋,900年屹立不倒,最大功臣竟然是小小的它?!罚?span>

        小編只想寫個大大的“服”,我們的先民真是智慧無窮,如果那時候有什么科學學術期刊,發個《Science》、《Nature》都不在話下。由此想來,如今的我們應該把先人的毅力和智慧發揚光大,實現科技創新、科技興國。

        本文圖文來源于《Science》、《Nature》等網絡資料

        • 既然古代用貝殼當貨幣,那海邊的人豈不是很富有?根本沒這么簡單

          貝殼,泛指生活在水邊的軟體動物的外殼,在日常生活中也不乏他的身影。比如我們在海邊游玩之際都會撿一些貝殼留作紀念,路邊或網絡上也時??吹截悮ぷ龅乃囆g品擺件,也或者是用貝殼做裝飾的家具等等??傊?,對于作為裝飾品或藝術品的貝殼我們非常熟悉,但是貝殼做貨幣,似乎的確離我們現在的生活非常遙遠,但是,在幾千年前,貝殼,尤其是海貝,以他獨特的魅力成為那個時代商業活動中較閃耀的花。

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          UPDATE:2021.10.12MORE >
        • [貝殼文化】貝幣-中國早期的實物貨幣

          貨幣是商品生產發展的產物。人類社會較早使用的實物貨幣主要龜貝、珠玉、刀布、羊角等多種, 而較早出現且使用較廣的、較長久的實物貨幣就是貝幣, 如:在河南殷墟婦好墓地出土的貝幣距今已有3500年的歷史, 而在漢字中, 大凡與財富、價值、貿易有關的字都帶有“貝”部, 如財、貴、貧、賄、賂、等。就連《周公解夢》一書中也有這樣的記載:貝殼就是財,夢見撿貝殼是致富的前兆, 預示著財運增加, 收入會增長。

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          UPDATE:2021.08.20MORE >
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