黏合劑，或通俗一點兒的說法，膠水，在生活生產中是最重要的輔助材料之一。大約20萬年前，人們已經開始使用黏合劑製作工具。高分子黏合劑已經非常流行且常用，比如氰基丙烯酸酯類超級膠水502。大多數黏合劑在空氣中都有很好的粘合能力，而在水中卻很容易失效，這是因為水分子進入粘合界面後會使得黏合劑溶解、溶脹甚至水解。水下高黏附材料一直是一個研究熱點。
Messersmith教授課題組很早就發現貽貝類動物可以附著在岩石、碼頭或船體上，跟隨航行很長一段距離不脫附。貽貝的黏附能力無論在淡水還是海水都沒有顯著的差別。研究發現，貽貝分泌的足絲是一種具有極強粘附性的蛋白質。這種蛋白質中含有大量二羥基苯丙氨酸（DOPA）片段，正是這種類似被譽為人類快樂的源泉-多巴胺的氨基酸促成了貽貝的超強附著能力。自發現以來，研究者已經報道了很多基於DOPA的仿生黏合劑。
圖1. 天然高分子黏合劑貽貝足絲的化學結構
DOPA類水下黏合劑粘的牢，確實沒錯！可是要想將粘在一起的東西分開且不破壞被粘接的部分，有點兒難！近些年，隨著超分子自組裝領域的興起和發展，超分子黏合劑也開始成為很多研究者關注的熱點內容。相比共價鍵結合的高分子黏合劑，超分子黏合劑更容易實現可逆刺激響應粘合。最近，湖南大學董盛誼和南京航空航天大學趙蓋合作利用二苯並24-冠-8醚和季戊四醇為原料製備了一種水下高黏附超分子黏合劑P1，低分子量單體組成的新型超分子膠粘劑能夠在不同的表面、高溼度和水下實現強、持久的粘附，最大粘接強度達到4.174 MPa！相關論文以“Tough, Long-Term, Water-Resistant, and Underwater Adhesion of Low-Molecular-Weight Supramolecular Adhesives”為題，發表在國際頂級期刊《JACS》上。
圖2.P1的合成路線示意圖
P1可以在多種材質表面實現高黏附。無論是親水的玻璃、鐵表面，還是高度疏水的聚四氟乙烯（特氟龍）、聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）表面，P1都能表現出良好的粘接性能。不僅如此，無論在超過95%的溼度環境中還是水下，P1的粘接性能都不會受影響！經過長期的試驗，作者發現P1在海水下浸泡12個月以上竟然還可以保持原狀！
圖3. P1黏合劑對多種材質都有極好的粘接性能
除此之外，P1還是一種智能溫度響應的黏合劑。在室溫下，P1在表面間呈無定形固態，表現出優異的粘接強度；稍微加熱，P1即進入粘流態，輕易地實現了可逆粘接，成功地解決了高分子黏合劑難脫離的問題。作者還進行了密度泛函理論（DFT）模擬和分子動力學（MD）模擬，圖3展示的就是P1及對照組在玻璃表面粘接的分子模型。為了得到更均勻的表面塗層和節省原材料的目的，作者採用了靜電紡絲工藝。
圖4. 黏合劑和玻璃表面粘接的分子模型
本文的亮點：
1） 溼潤環境（95%）之中存放兩年，粘接性能沒有下降！
2） 水下存放一天一夜，只損失了10%的粘接強度！
3） 海水中懸掛兩公斤重物，放一年，沒有分離或錯位！
圖4. P1的水下粘接性能
作者還做了很多有趣的實驗，來驗證P1超分子黏合劑的強而持久的黏附能力。粘接PMMA零件製備的模型橋可以在
水下承受65公斤的壓力。P1還可以用來修補部分破損的玻璃燒瓶、塑料離心管和水管，修補後室溫水環境使用一年沒有再出現漏液現象。
圖5. P1用來修補各種材質的破損器件
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00520
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