华南理工研发神奇“水下胶水” ，团队：受藤壶启发！|华南理工|改性|材料|聚合物|聚氨酯|胶水|藤壶|黏合剂

在一个盛满水的玻璃缸里放入两块薄玻璃片，中间涂抹一些透明物质，之后用紫外光照射半分钟，两块玻璃便牢牢地粘在了一起，用手怎么扯都扯不开。这是发生在华南理工大学生物医学科学与工程学院边黎明/赵鹏超教授团队实验室里的神奇一幕。

我们常用的普通胶水乃至强力胶，在水里往往很容易稀释，黏合功能骤降。但华南理工研发的这一全新材料，不仅能在水下实现有效黏合，在强酸、强碱、高盐等苛刻环境下也能产生强大的黏合力。该发明将有望为水下密封与组织修复等领域的难题提供全新解决方案，相关研究成果已于近期刊发在学术期刊《自然·化学》上。

近日，广州日报《科技周刊》记者采访了该团队，下面我们就跟着记者一探这款“神奇胶水”的研发过程和广阔应用场景。

甩不掉的讨厌藤壶，给了科学家一个“牢牢黏住”的灵感

究竟什么样的材料能够实现水下黏合？

论文的第一作者易波博士告诉记者，团队最初受海洋生物藤壶的启发开展了这项研究。“藤壶在海洋里是非常讨厌的生物，它们会牢牢地黏附在鲸鱼、海龟身上，甚至黏附在轮船的船底。被黏住的生物无论怎么甩，都没办法将它们甩下来，只能等死。所以，我们常常能看到人类帮助海龟清理藤壶的视频。”

藤壶的黏附力为什么这么强？研究发现，它们通过分泌蛋白质，形成一种液—液相分离的凝聚体，从而在海水中紧紧黏附住生物、船体、岩石。

“藤壶释放的这种‘胶水’给了我们很大的启示。”易波告诉记者，液—液相分离是某类高分子溶液的浓度超出临界值时发生的特有现象。其产生的高分子凝聚体在放入水中时，与水分离而不混合，几乎不被水稀释。随着凝聚体固化，便能实现在水中长时间、高强度的稳定黏附。

受藤壶启发，团队开始设想一种类似藤壶分泌物的人造“胶水”。团队希望这类“胶水”不仅有强黏附性，同时还是低毒和可代谢的，未来可用于人体组织的黏合。“人体内绝大部分区域处于潮湿或液体环境中。研发这种新型的胶水，可以解决目前医用胶水黏性不强、易被稀释的痛点。”赵鹏超说。

通过化学改性“溶水”材料变“疏水”材料，科学家三年攻关做出“对的胶”

记者了解到，华南理工科研团队早在2023年就开启了这项研究。经过3年的科研攻关，成功设计并合成了一种端基功能化改性的聚丙二醇（PPG）聚合物。当这种聚合物与水相遇后，可以自发形成结构稳定且功能独特的非复合凝聚体。该凝聚体在遇光或受热后，能高效地富集并浓缩装载其中的亲水性固化剂，通过快速原位光固化，形成具有强大内聚力的黏合层，牢牢地将水下的两个物体粘在一起。

“聚丙二醇是一种常见的工业原材料，本身可溶于水。我们的科研主要落在两个方面，一是通过化学改性的方法，将它的性质从‘溶水’变成‘疏水’，从而在水下形成难以溶解的凝聚体；二是不断提高这种凝聚体的黏附性能，让它能在需要黏合的界面上铺张开来，并能渗透到界面的孔隙内。如此一来，当‘胶水’凝固后，就可以实现界面的牢固黏合。”赵鹏超说。

团队在研发过程中曾遇到很多阻碍，易波介绍：“在材料的筛选和改性上，我们有过无数次尝试和失败，除了聚丙二醇，我们还曾使用聚乙二醇等材料，但它们固化之后的黏附效果都不理想。通过不断总结经验，我们终于找到了这种新型‘胶水’，摸索出合成这种‘胶水’的技术路线。”

“水下胶水”三大优势

超铺展特性——这款水下胶水在水下具有极低的界面张力，能在多种基底（包括玻璃、塑料、金属等）上铺展，主动排开水层，紧密接触基底。

超渗透能力——无须稀释即可渗进多种多孔水合基底（如水凝胶、聚氨酯海绵）和含脂质基底（如有机凝胶、皮肤组织）内部，形成缠结界面，增强黏附强度。

强抗稀释效应——凝聚体在水下复杂环境（pH1—13、高盐度）中，仍能保持高度稳定。

有望应用于胃肠穿孔等多领域

赵鹏超告诉记者，这一凝聚体胶水可以应用于生物医药等众多领域。

“目前，我们已在实验室利用凝聚体胶水实现了对大鼠胃穿孔的有效修复，仅两周就快速实现了创口愈合。我们的胶水可以做成可降解的，其在生物体内的降解时间可以调控。胶水可以保护新生的组织，并逐渐被生物体所吸收代谢。”易波告诉记者，团队还成功对猪肠和猪心脏组织穿孔进行快速密封，团队还利用这一胶水实现两块猪皮的紧密粘连。实验数据显示，胶水对猪皮的黏附强度高达479千帕，并能承受436千帕的爆破压力。

“这一黏附强度是我们普通医用纤维蛋白胶的数十倍。”易波介绍，一些高血压患者的血压会达到150毫米汞柱，换算下来，这款胶水所能承受的压力相当于3000多毫米汞柱，远高于人体血管所能承受的极限。目前的毒理实验也显示，这款胶水在动物体内没有任何免疫反应或毒性反应。

这款胶水还有望在水管、水桶、船舶的修复上发挥重要作用，“我们的实验结果也表明，在高盐环境中，这款胶水同样能发挥优秀的黏合性能。”赵鹏超说。

为医用胶水研发提供新思路

记者了解到，团队的这项研究成果以《超扩散与超渗透性凝聚体在水合及脂质基底上实现强效水下粘附》为题，于3月30日发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）上。论文第一作者为华南理工大学生物医学科学与工程学院博士后易波博士（现为香港科学园博士后研究员）与中山大学附属第一医院李昊博士，通讯作者为生物医学科学与工程学院边黎明教授、赵鹏超教授及张琨雨教授。

赵鹏超表示：“期刊编辑非常认可我们这项研究的创新性，我们首次提出并成功设计合成出凝聚体胶水，为医用胶水的研发提出了新的思路。接下来，这类凝聚体胶水有望形成新的材料‘家族’，不断扩展其性能和应用场景。”

接下来，团队将进一步提升材料的各项性能，如使用生物相容性更好的天然来源材料作黏合剂。“虽然‘胶水’的稳定性已经很好，但要应用在胃穿孔等内部酸性更强的环境中，仍希望研发出更高效的胶水。”赵鹏超说。

“凝聚体”用途多，减少酒精吸收还有助减肥

赵鹏超告诉记者，除胶水外，凝聚体材料还有众多应用场景。目前，实验室研发出的一类凝聚体饮品引起了投资者的关注。

“这类凝聚体产品可以在肠道内形成一层保护膜，只需在饮酒前半小时饮用，就可以使血液酒精浓度峰值下降40%，多余的酒精及这些凝聚体可经肠道排出体外，不会被人体吸收。”赵鹏超说，接下来，这类凝聚体产品有望做成“果汁”。

不仅如此，此类凝聚体材料还可以减少肠道对热量的吸收，只要大餐前饮用就可以放心开吃。当然，这些材料也可以通过粪便排出体外。