近日，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院特聘副教授范海龍?jiān)谒吗じ讲牧项I(lǐng)域取得重要進(jìn)展：他們受自然界相分離體系中的固有無(wú)序蛋白氨基酸序列啟發(fā)，研發(fā)出一種無(wú)需外部刺激即可自發(fā)實(shí)現(xiàn)相分離與相轉(zhuǎn)變的凝聚層（coacervate）體系，該材料不僅在水下展現(xiàn)出卓越的黏附性能，還能在油環(huán)境中穩(wěn)定工作，相關(guān)成果發(fā)表于Macromolecules。范海龍、北海道大學(xué)教授龔劍萍為共同通訊作者，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院為第一完成單位。

水下/油下黏附是海洋工程、生物醫(yī)學(xué)以及能源工業(yè)中的核心需求，但傳統(tǒng)膠粘劑在潮濕環(huán)境中極易失效。相比之下，自然界中的海洋生物早已進(jìn)化出高超的水下黏附策略。以貽貝為例，其分泌的內(nèi)在無(wú)序蛋白（IDPs）富含陽(yáng)離子和芳香族殘基，這些蛋白先通過(guò)液-液相分離形成凝聚層，隨后發(fā)生液-固相轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)水下強(qiáng)黏附。研究團(tuán)隊(duì)注意到，這類(lèi) IDPs 中均勻分布的陽(yáng)離子與芳香族殘基是實(shí)現(xiàn)高效黏附的關(guān)鍵——它們能通過(guò)陽(yáng)離子-π相互作用、疏水作用等多種分子間作用力，協(xié)同促進(jìn)相分離與相轉(zhuǎn)變過(guò)程。

基于這一序列特征，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種疏水聚電解質(zhì) Pcπ。這種聚合物具有統(tǒng)計(jì)分布的陽(yáng)離子單體與苯基官能團(tuán)，完美模仿了IDPs的核心結(jié)構(gòu)特征。為了觸發(fā)相分離，研究人員選擇了具有六個(gè)磷酸基團(tuán)的植酸（PA）作為陰離子分子。PA 能與 Pcπ 中的陽(yáng)離子通過(guò)多重離子鍵和氫鍵發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)相分離與凝膠化過(guò)程。進(jìn)一步的光譜學(xué)、流變學(xué)與小角X射線(xiàn)散射分析揭示了芳香基團(tuán)的獨(dú)特作用。它們通過(guò)疏水效應(yīng)與陽(yáng)離子-π相互作用顯著增強(qiáng)了聚合物與植酸之間的結(jié)合，使得體系在高鹽環(huán)境下依然穩(wěn)定，并有效延緩液滴的融合過(guò)程，最終形成結(jié)構(gòu)致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)。這樣的分子機(jī)制不僅解釋了Pcπ-PA體系特殊的相行為，也為理解天然蛋白質(zhì)中芳香基團(tuán)在相分離和凝膠化過(guò)程中的關(guān)鍵作用提供了佐證。性能測(cè)試顯示，Pcπ?PA凝膠薄膜在水下玻璃基底上的黏附強(qiáng)度可達(dá)約300 kPa，并且對(duì)塑料、金屬等多種材料均表現(xiàn)出良好兼容性。更為突出的是，在油性環(huán)境中（如玉米油、硅油等），該材料的黏附強(qiáng)度最高可達(dá)500 kPa，優(yōu)于目前報(bào)道的大多數(shù)同類(lèi)體系。此外，這種膠膜還具有良好的可加工性，可制成膠帶、貼片等實(shí)用形態(tài)，展現(xiàn)出向臨床和工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的巨大潛力。該研究不僅在性能層面實(shí)現(xiàn)了突破，更在理論上深化了對(duì)蛋白質(zhì)液-液相分離與相變機(jī)制的理解，凸顯了芳香基團(tuán)在驅(qū)動(dòng)聚電解質(zhì)凝聚和凝膠化過(guò)程中的決定性作用。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c02575