粘合剂是指能够将两种材料粘合在一起并抵抗其分离的任何物质。粘合剂在从航空航天工业到日常生活的各个领域都有广泛的应用。然而，湿条件下的粘接行为受到基材表面形成的水化膜的显著影响，水合膜起着弱边界层的作用，阻止了胶粘剂与基材的直接接触。此外，水分子可以通过氢键与粘合官能团相互作用，降低底物的表面能，从而减少粘合所需的相互作用。因此，水分往往会减弱或消除粘着效应¹。许多工业和一般用途的粘合剂需要在潮湿和水下环境中发生粘合并保持不变。

胶粘剂在潮湿条件下的局限性极大地限制了它们的应用范围。幸运的是，灵感可以从大自然中找到。例如，贻贝和沙堡蠕虫在动荡的水下环境中可以强烈地结合到珊瑚礁2。研究人员后来发现，在沙堡蠕虫分泌的黏附蛋白胶中，邻苯二酚基团也在黏附中发挥重要作用；正是贻贝和沙堡蠕虫黏附蛋白中的多种氨基酸和邻苯二酚部分之间的协同作用，才能在水下黏附。

沙堡蠕虫可以分泌一种胶，在水下迅速粘附到沙子和石头上，形成保护壳。沙堡虫胶主要由六种粘附蛋白、硫酸化多糖和镁离子组成³。这六种黏附蛋白每种都含有至少10%的芳香氨基酸。芳香族氨基酸的主体成分是酪氨酸和二羟基苯丙氨酸(DOPA)，其中DOPA在实现水下粘附方面起着重要作用⁴。这些成分储存在沙堡蠕虫粘液腺中，当沙堡虫胶分泌时，它的pH从弱酸性(pH≈5)到弱碱性(pH≈8.2)。PH的升高和潜在的邻苯二酚氧化酶的水解活性逐渐将DOPA氧化，这有助于粘附蛋白的粘合，并使粘附蛋白的颜色从乳白色变为棕色。此外，海水中的各种金属离子(钙、铁、锰和锌离子)通过离子键合到阴离子蛋白质或与DOPA配位形成复合物与胶粘剂形成复合物，从而加速胶粘剂的固化。同时，不溶性复合物凝聚体的疏水性质使水合层的排水和粘合剂在基材表面的润湿，从而增加了粘合剂蛋白胶和基材之间的接触，最终通过DOPA和基材之间的多次相互作用实现了粘合 ⁴。贻贝在水下的良好粘附性主要是由贻贝脚分泌的肌丝蛋白造成的。邻苯二酚氧化酶对DOPA的络合和氧化以及海洋的弱碱性环境增加了粘合剂的交联密度和粘结强度，而未反应的DOPA在水中通过各种相互作用粘附在基材上。

多巴在沙堡蠕虫和贻贝的粘附性蛋白胶的湿性粘附中起着关键作用。多巴不稳定，容易氧化成多巴醌。虽然DOPA的氧化通过形成高强度的不可逆共价键增加了与有机表面的粘附性，但它往往会极大地降低与无机表面的相互作用强度⁵。因此，控制DOPA的氧化程度以达到附着力和凝聚力之间的平衡是很重要。沙堡蠕虫和贻贝分别将DOPA与潜在的儿茶酚氧化酶一起储存在粘附腺和腹沟中，以保持DOPA的稳定，而粘附腺和腹沟的环境是弱酸性的。当周围环境的pH值从弱酸性变为弱碱性时，多巴只有在分泌后才被氧化，潜伏的邻苯二酚氧化酶被水解激活。贻贝和沙堆蠕虫的粘性蛋白胶中有许多非极性氨基酸，如甘氨酸，位于DOPA基团上。这些非极性氨基酸通过疏水相互作用或静电屏蔽来抑制DOPA的过氧化，提供粘附和凝聚力之间的平衡。

实现水下粘合的另一个重要问题是基材表面的水合膜的排斥力，这起到了屏障的作用，防止了粘合蛋白胶和基材之间的亲密接触和粘合相互作用。沙堡蠕虫和贻贝的黏附蛋白胶表现出不同的破坏水合膜的机制。沙堡蠕虫胶含有一种疏水的复合凝聚体，它是由相反电荷的蛋白质之间的静电作用形成的，它可以排斥水合膜，使DOPA与底物接触并实现粘附⁶。另一方面，贻贝粘附蛋白在DOPA附近含有阳离子残基，可以穿透水合层，帮助DOPA实现粘附⁷。

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