如何制作一种不含有害化学物质的更好的粘合剂

据考古学家估计，我们使用粘合剂已经有20万年的历史了。我们的进步是显著的，特别是战后合成胶粘剂的大量发现。当我们想把两样东西粘在一起时，环氧树脂、聚氨酯、氰基丙烯酸酯和丙烯酸聚合物都通过提供高性能和效率，使我们的生活更加丰富。从包装到产品，从建筑物到基础设施，粘合剂无处不在。然而，这些奇妙的合成材料是有代价的:许多都是致命的毒素。

大多数胶水和胶粘剂含有一些我们不喜欢的配方:溶剂，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丙酮、甲醇、苯酚、烷基酚和二氯甲烷。例如，苯是EPA的A级致癌物。它能破坏红细胞和白细胞(再生障碍性贫血)，是一种疑似免疫系统抑制剂。

情况并非一直如此。过去，我们的大多数胶水来自大自然:蛋白质来自动物部位或牛奶和鸡蛋等产品，淀粉或来自植物的天然树脂。现在，研究人员正在向大自然寻求新的来源，让胶水发挥更好的作用，而且无毒。他们的目的是模拟自然界的化学过程，而不是开发自然资源。

麻省理工学院的一个工程团队开发出了他们声称是世界上最强的仿生蛋白质水下粘合剂。由海军研究办公室、国家科学基金会和国家卫生研究院资助，他们的研究发表了发表在9月21日的《自然纳米技术》杂志上。

研究人员必须复制贻贝和细菌的蛋白质，从而制造出一种甚至比软体动物更坚固的工程产品。并不是说贻贝不令人印象深刻。这种海生双壳类动物常见于世界温带潮间带的中、低潮带。不断受到海浪的冲击，它进化出了一套有效的锚定系统。它形成了一个粘性蛋白质的半径足丝线程可以粘在任何东西上，包括聚四氟乙烯。这种能力是由于这些蛋白质的化学组成。

那么，是什么让贻贝足丝在水下也能如此牢固呢?这一切都与吸引力有关——当然，是化学的。蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸是基本的分子结构块。其中之一，在贻贝蛋白质中，含有一种称为邻苯二酚的功能排列(苯环上的两个羟基)。这些分子与其他物质中的其他儿茶酚形成牢固的化学键，比如岩石中的金属;事实上，这些分子的强度是如此之强，以至于它们宁愿彼此结合，也不愿与最混杂的水分子结合。

麻省理工学院的研究小组使用大肠杆菌细菌是生产两种蛋白质的工厂，这两种蛋白质通常由贻贝制造。然后，他们将这些蛋白质包裹在一个由自组织细菌蛋白质构成的晶格中，这种蛋白质通常存在于被称为卷曲纤维的黏性生物膜中。正是这些来自两种不同生物的设计蛋白组合成一个复杂的阵列，使得粘合剂如此坚固。这种密集的纤维网格规则但灵活，有很大的能力结合在潮湿和干燥的表面。

“我们的最终目标是建立一个平台，在那里我们可以开始将多种不同功能领域结合在一起的建筑材料，并看看这是否会给我们带来更好的材料性能，”生物工程、电子工程和计算机科学(EECS)副教授、该论文的资深作者蒂莫西·卢说。

研究人员看到了海洋和生物医学领域的先进应用。他们正忙于扩大蛋白质的生产规模，而不是进行小批量的实验，调整配方中蛋白质的相对比例。他们还在考虑使用生物膜作为“活胶”，当表面受损时，可以分泌粘合剂的预防性涂层。

哥伦比亚森林产品公司是“贻贝胶”的先驱

贻贝胶以前曾用于制造业。哥伦比亚森林产品在2003年至2006年间，为其Purebond硬木胶合板生产线开发了一种模仿贻贝的胶水。该公司是第一家提供无甲醛胶合板的公司，用一种生物基热固性胶层压。

甲醛是一种挥发性有机化合物(VOC)，对所有动物都有很高的毒性，是一种致癌物。2011年，美国国家毒理学规划处将甲醛描述为“已知的致癌物质”。在胶合板工业中，甲醛通常用尿素处理，制成脲醛树脂，这种胶水将所有薄木层粘合在一起，形成更厚的板材。

哥伦比亚大学的新型生物胶的配方是以大豆为基础的，但蛋白质已经被改变，更接近贻贝的蛋白质。这项新技术由俄勒冈州立大学木材科学与工程系副教授李开昌博士发明并申请了专利。他发现需要一种廉价的大规模生产的生物粘合剂，基于现成的大豆，并想出了一种方法来阻止大豆中某些在贻贝蛋白质中不存在的氨基酸的表达。

哥伦比亚，美国最大的硬木胶合板和单板制造商，能够创造出一种产品，实际上在许多方面比基于uv的同类替代品表现得更好。Purebond的测试结果表明，它比UF的竞争对手更耐热、更防潮，而且价格有竞争力，VOCs的减少幅度高达90%。它在低辐射材料:复合木材类别中获得了LEED EQ 4.4级认证。通过早期将7家工厂改造成Purebond生产设施，该公司能够抓住消费者对低毒性内饰的需求浪潮，而不像后来的竞争对手那样增加绿色成本。

全球粘合剂市场预计在未来五年内将超过500亿美元。遗憾的是，许多粘合剂将是合成的和有毒的，但麻省理工学院和哥伦比亚森林产品公司的创新给了我们希望，我们可以找到一个更安全的方式来建设我们的世界。

上面的贻贝图像谢尔盖Yechikov通过在上面