大连理工大学生物工程学院科研团队在沙堡蠕虫仿生水下粘合剂研究中取得新进展

近日，我校生物工程学院王华楠教授团队在《先进材料》（Advanced Materials）发表题为“基于液–液相分离与自催化网络强化的仿沙堡蠕虫水下粘合剂”（Sandcastle Worm Cement-Mimicking Underwater Adhesives via Liquid–Liquid Phase Separation and Auto-Catalyzed Network Strengthening）的研究论文。我校博士研究生王立斌、副研究员陈楷文为共同第一作者，王华楠教授为通讯作者，我校为通讯单位。

图 沙堡蠕虫启发的TA/PEG/Laponite（TPL）水下粘合剂设计思路与性能对比

水下粘合剂在海洋工程、生物医用植入、水下传感与基础设施修复等领域具有广泛应用，但界面水层的持续干扰和粘合剂内聚力不足长期制约其性能。现有仿生粘合策略多依赖复杂微纳加工、预交联网络或pH、温度、光照等外部触发条件，难以同时兼顾对不规则湿表面的形状自适应与强韧的水下粘附，开发无需外部触发即可实现稳健水下粘附的通用材料体系仍是重要挑战。

针对这一挑战，研究团队受沙堡蠕虫“有机-无机分步组装”策略启发，提出液-液相分离（LLPS）凝聚层与无机纳米粘土协同增强的新机制。以单宁酸（TA）与聚乙二醇（PEG）为原料，通过氢键与疏水相互作用驱动LLPS自发形成动态凝聚层基质，实现界面水排斥与不规则表面的共形铺展；在此基础上引入Laponite纳米粘土作为“一石二鸟”的功能填料，一方面组装成无机渗透网络提供即时物理增强，另一方面以其弱碱性催化TA多酚氧化交联实现自固化，使材料从可注射、可塑形的动态软凝胶逐步转变为高强固体。

基于该机制构建的TPL复合粘合剂展现出均衡的高性能水下粘附：水下粘附强度达498 kPa，干态粘附强度达6.76 MPa，压缩模量较初始提升182倍，水下稳定浸泡超过50天，爆破耐压相当于约8.1米水深。该粘合剂对钢、玻璃、陶瓷、木材等多种基材均保持>400 kPa的水下粘附强度，并可通过配方定制为粉末、涂层、腻子等多种形态，在急性止血、湿沙固结、防腐阻燃及水下工程修补等场景展现出广阔的应用潜力。

本研究建立了“先自适应排水铺展、后自催化固化增强”的仿生水下粘附新范式，在不依赖外部触发和复杂合成的条件下实现了超强、长效、多基材适应的水下粘附，为高性能水下粘合剂的理性设计提供了新思路，并为多场景、多功能应用奠定了基础。

本研究得到了国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、大连理工大学医工交叉联合基金及深圳市科技重大专项的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74695

来源：生物工程学院
编辑：常思萌