“生物502胶”来了，一喷伤口秒愈合，防水又抗菌

在神秘而广袤的自然界中，一种名为“贻贝”的海洋生物，以其卓越的水下黏附能力闻名遐迩。

这些看似平凡的软体动物能在惊涛骇浪中也能坚若磐石，关键在于它们足部有一个“生物胶水工厂”。当贻贝选定栖息地时，会从足底腺体分泌出含有 3,4-二羟基苯丙氨酸（DOPA）氨基酸的液态蛋白质，遇水发生分子交联反应并形成具有网状结构的胶状斑块。

与此同时，这些胶状斑块中含有的儿茶酚基团能与接触面产生共价键结合，即使在海水的盐分侵蚀和机械冲击下，依然保持较高的黏附强度。

这一自然界的黏合奇迹启发了科学家长达数十年的探索。此前曾有研究发现，一种仿贻贝黏合剂在潮湿环境下达到传统环氧树脂数倍的黏附力。

视角转向人类自身，在人体精密的生物系统中，未被皮肤覆盖的黏膜区域（比如呼吸道、消化道）都覆盖着厚达数百微米的黏液层，它就像一道坚固的屏障，能够有效阻挡细菌和其他病原微生物的入侵。

这种由黏蛋白构成的凝胶网络具有独特的“分子筛”功能，其糖蛋白链形成的三维网格允许营养物质通过，却能有效阻挡致病菌。比如，曾有研究证实某些黏蛋白对金黄色葡萄球菌等常见致病菌具有选择性抑制作用。

近期，由麻省理工学院和柏林自由大学组成的跨学科研究团队，将贻贝黏附机制中的关键成分与黏液中的特定蛋白质（即黏蛋白）相结合，创造了一种全新的凝胶材料，不仅具备贻贝分泌物的强大黏性和防水性能，还拥有天然黏液中的抗菌成分。

具体来说，这种凝胶复制了贻贝的黏附功能以及人体天然防护系统（黏液的抗菌屏障功能），即便在潮湿环境下仍然保持极佳的黏附力，而且对多种细菌具有抑制作用，从而大大降低了感染的风险。

研究人员设想，未来这种凝胶材料或许可以通过注射或喷雾的方式使用，然后迅速固化为具有高黏性的凝胶状态。而这也意味着它可以在众多领域发挥作用，比如在医疗领域，用于医疗设备或植入物的表面涂层以防止细菌滋生和感染。

更为关键的是，这项技术的应用潜力远不止于此。科学家们还尝试将其他天然材料引入到这种新型凝胶中，比如角蛋白。作为一种广泛存在于羽毛、头发等部位的纤维状物质，角蛋白因其独特的化学结构，有望进一步增强这种凝胶的功能特性。

“我们的设计理念是灵活多样的，具体取决于选择的前体材料。比如可以利用从黏液中提取或受其启发的成分来制造多功能生物医学黏合剂，同时也具备抗感染的能力。或者也可以转向角蛋白，探索开发更加环保和可持续的包装解决方案。”这项研究的资深作者、麻省理工学院的博士后研究员 George Degen 表示。在加入麻省理工学院之前，他是加州大学圣巴巴拉分校的研究生，在一个研究贻贝黏合机制的团队从事研究工作。

目前，这篇研究论文已经发表在PNAS上。除了 George Degen，该论文合作者还包括来自麻省理工学院的 Corey Stevens、Gerardo Cárcamo-Oyarce、Jake Song、Katharina Ribbeck 和 Gareth McKinley，以及柏林自由大学的 Raju Bej、Peng Tang 和 Rainer Haag 等。此外，这项研究部分由美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和美国陆军研究办公室资助。

黏性与抗菌的融合

贻贝在湿润表面上实现快速黏附的能力令人惊叹。“通常情况下，贻贝能够在数分钟乃至数秒内在湿润表面上沉积并黏附材料。”George Degen 说道，“这些天然材料在潮湿或是水下环境中的黏附比现有的商业胶黏剂效果要好得多，而这一直也是个长期存在的技术难题。”

机制方面，贻贝为了附着在岩石或船上会分泌一种富含蛋白质的液体，这种液体中包含特殊的化学键（或交联点），这些化学键在蛋白质之间形成连接，使得分泌物能够迅速凝固成凝胶，并在湿润表面保持强大的黏附力。

有趣的是，研究人员还发现，类似的交联特性也存在于黏蛋白一种大型蛋白质，是黏液的主要非水成分中。

进入麻省理工学院后，George Degen 与机械工程教授、材料科学和流体流动专家 Gareth McKinley，以及生物工程教授、黏液研究领域的带头人 Katharina Ribbeck 开展合作，利用贻贝分泌物质快速黏附湿润表面的能力，结合黏蛋白阻挡细菌的特性开发新型交联凝胶。

在新研究中，George Degen 携手柏林自由大学的 Rainer Haag 教授及其团队共同探索了仿生材料的新领域。

Rainer Haag 长期专注于仿生材料的合成，之前曾成功开发出模仿贻贝黏附特性和天然黏蛋白结构的纤维状聚合物，用于制造新型凝胶。实际上，他和 Katharina Ribbeck 同属一个合作研究小组，共同致力于开发用于生物界面的动态凝胶。

混合交联提升黏合力

此次，该团队的研究重点在于探究一种出现在贻贝黏合剂中的特殊化学模式，即“儿茶酚”和“硫醇”这两个化学基团之间的独特键合方式。

这些化学基团在贻贝分泌的天然胶水中结合形成儿茶酚-硫醇交联，极大地增强了其内聚强度，并通过与各种表面（如岩石、船体）的相互作用提升贻贝的附着力。

有趣的是，硫醇基团在黏蛋白中也广泛存在。这让 George Degen 不禁思考，受贻贝启发的聚合物能否与黏蛋白中的硫醇相连，让黏蛋白快速地从液体转变为黏性凝胶。

为了验证这一想法，他将天然黏蛋白溶液与合成的受贻贝启发的聚合物混合，并观察随时间推移这种混合物如何固化并黏附在表面上。

“这就像双组份环氧树脂，把两种液体混合在一起化学反应就开始了，使得液体逐渐固化的同时也开始黏附在表面上。”George Degen 解释道。

对此，Rainer Haag 补充说：“通过控制交联的程度，我们能调节液体凝胶化和黏附的速度，而且这一切都能在潮湿表面、室温等条件下完成，这就是它的独特之处。”

作为对比，研究团队在两个表面之间涂抹了一系列不同成分的胶水，发现这种新型黏合剂能够牢固地将表面黏在一起，其黏性力量可媲美用于组织黏合的医用黏合剂。

除此之外，他们还通过在玻璃表面涂抹凝胶并与细菌共培养的方式，测试黏合剂的抗菌性能。“我们发现，没有涂层的裸露玻璃表面，细菌会形成一层厚厚的生物膜，而使用涂层后，生物膜的形成在很大程度上受到了抑制。”George Degen 指出。这表明黏合剂具备一定的抑菌能力。

该团队表示，他们还能通过一些调整进一步提升胶黏剂的黏合力。届时，这种材料有望成为现有医用胶水的一种强效且具有防护能力的替代品。

这种合二为一的新型黏胶不仅继承了贻贝分泌物在湿润环境中优异的黏附性能，还融合了黏蛋白强大的抗菌特性。通过将这两种天然材料的独特优势相结合，解决了长期以来在湿润环境下实现有效黏附的技术难题，也为防止感染提供了新的解决方案。

“我们很高兴搭建了一个生物材料设计平台，赋予了材料理想的凝胶化和黏附特性。作为起点，我们已经展示了一些关键的生物医学应用。接下来，我们准备拓展到不同的合成和天然材料体系，探索更多潜在的应用可能性。”George Degen 总结道。

https://news.mit.edu/2025/engineers-turn-bodys-goo-into-new-glue-0217