《PNAS》麻省理工学院: 具有贻贝仿生的超强粘粘附且抗菌的黏蛋白水凝胶

海洋生物贻贝能够通过分泌一种胶状物质牢牢附着在岩石或船底，即使在汹涌的海浪中也不会被冲走。这种天然的“胶水”具有极强的防水粘附性，吸引了科学家们的研究兴趣。同时，人体内的黏液能够形成一层保护屏障，防止细菌和其他病原体入侵，且在湿润环境中表现出良好的稳定性和抗菌性。受此启发，MIT George D. Degen博士、Gareth H. McKinley 教授团队与合作者开发出一种新型胶水，这种胶水结合了贻贝的超强粘性和黏液的抗菌性能，能够在潮湿环境中保持粘附力，同时有效阻止细菌滋生。这一成果为生物医学领域带来了新的可能性，未来有望应用于医疗植入物的涂层，以防止感染和细菌堆积。相关研究以“Mussel-inspired cross-linking mechanisms enhance gelation and adhesion of multifunctional mucin-derived hydrogels” 为题发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences 》上。

图1. 通过将黏蛋白和受贻贝启发的聚合物的蛋白质纤维（蓝色线条）进行“交联”，研究人员开发出一种新型胶水，这种胶水还能抵抗细菌（红色球体）和其他病原体。

图2. 管中凝胶化实验的图像

这种新型胶水的核心在于一种特殊的化学交联技术。研究人员发现，贻贝胶水中的“儿茶酚”基团和黏蛋白中的“硫醇”基团可以通过化学键连接在一起。这种交联作用不仅增强了胶水的粘附力，还能使其在接触到湿润表面时迅速固化成凝胶状。

图3. 还原前黏蛋白启发聚合物（MIP）的合成

实验中，研究人员将天然黏蛋白与合成的贻贝启发聚合物混合，这种混合物在接触表面后会迅速发生化学反应，形成一种牢固的粘性凝胶。这种凝胶的粘附力非常强，甚至可以与商业医用粘合剂相媲美。更重要的是，它在抗菌性能上表现出色：在实验中，涂有这种胶水的玻璃表面几乎不会形成细菌生物膜，而未涂胶水的表面则会被厚厚的细菌膜覆盖。

图4. 水凝胶在猪皮表面之间的失效模式

研究人员表示，这种新型胶水的性能可以通过调整交联程度和成分比例进一步优化。未来，它有望以液体形式通过注射或喷雾的方式应用于各种表面，并在固化后形成保护涂层。这种胶水不仅可以用于医疗植入物的涂层，防止术后感染，还可能在其他领域发挥重要作用，例如开发可持续的包装材料或用于其他需要抗菌和粘附特性的场景。

图5. 凝胶化和粘附数据的分析

这项研究标志着一种新型多功能生物材料的诞生。这种材料不仅具有强大的粘附性和抗菌性，还展示了生物医学领域巨大的应用潜力。正如研究人员所说：“ 我们已经建立了一个生物材料设计平台，未来将探索更多合成和天然系统的可能性，以满足不同的应用需求。”

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2415927122