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筑波SEMINAR之二十三：从贝和壁虎上寻找灵感
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筑波SEMINAR之二十三：从贝和壁虎上寻找灵感 美国西北大学的Phillip B. Messersmith组连续发了一系列的文章，讨论用多巴胺作为新型黏附材料，很有意思。上了该组的主页（http://biomaterials.bme.northwestern.edu/）查了一下以往的研究结果（全部自由下载），发现该小组以往就做了大量基础研究，这次组里的Haeshin Lee博士把优秀传统爆发了一下，让大家了解了这个多巴胺材料的重要性和应用前景。我细看了三篇文章，随便聊聊。 注：该图片来自于Messersmith网站 1， H. Lee, N. Scherer and P.B. Messersmith, "Single-Molecule Mechanics of Mussel Adhesion", PNAS, 103, 12999-13003, (2006). 这篇文章利用AFM（原子力扫描电镜） 研究多巴胺单分子在Ti基片上的作用力问题。我没有想到AFM居然能得到这么美妙的结果，比如说当probe tip接触到Ti基片上又收回来时，能够准确地测量出单个多巴胺分子和Ti之间的作用力有0.8nN，这个比静电力要大，但是比共价键力又要小点。作者根据一系列数据还可以得到键的解离能和平衡距离。我实验室也有一台AFM，知道这东西是一个time killer，要很多耐心才能套出有价值的数据。作者研究发现氧化的多巴胺与Ti作用力变小，但是和有机物的作用增强，并且从adhesion 转变为cohesion，共价键力作用更大。 2，H. Lee, B. P. Lee and P.B. Messersmith, "A reversible wet/dry adhesive inspired by mussels and geckos", Nature, 448, 338-342, (2007). Lee博士认为这个多巴胺最大的优点就是在水环境下也可以和众多的材料产生强结合，这个可以从海边贝类吸附在礁石上体现出来。而壁虎等动物善于爬墙壁，甚至天花板，但是不能爬沾水的墙壁，打滑！壁虎的肢体有肉垫，这个肉垫上是大家喜欢的纳米阵列结构，正是这个独特的纳米结构使得壁虎具有在垂直墙面上的爬行功能。LEE在这篇文章中把这两个特点结合起来，做成了表面涂有多巴胺的纳米阵列结构，结果具有在潮湿和干燥环境下都满足黏附功能的新材料。 壁虎脚上的纳米阵列结构，图片来源K. Autumn from http://www.oregon15.org/15sr02a.html 人工制造的纳米阵列，来源于http://biomaterials.bme.northwestern.edu/gecko.asp 3，H. Lee, S. M. Dellatore, W. M. Miller, and P. B. Messersmith, "Mussel-Inspired Surface Chemistry for Multifunctional Coatings", Science, 318, 426-430, (2007). 要说这位LEE博士真是厉害，还真能举一反三，穷追不舍。前面不是研究了多巴胺能够与有机物和Ti基片产生很强的作用吗。他接着研究其他多种陶瓷粉末，金属，半导体，聚合物等。结果发现多巴胺还真是全能型选手。既然是全能型，他就先把任意形状的物体先涂上一层多巴胺（实际上已经聚合），然后再把一些材料粉体或者纳米颗粒沾到多巴胺上。这样就可以使得任何形状物体的表面通过简单的‘dip’动作而得到多功能的涂层！工业和学术意义确实很明显。 还有一点，作者通过掩模技术通过液相方法得到微电路，这个对于降低大规模集成电路的成本有很大的意义。 工作很有意思，不是吗？ 实际上有的时候多巴胺喜欢粘在任何物体上也比较麻烦，估计PBM组的衣服比较难洗。PBM先生最近又在Nature Nanotechnology上评述了一个小组的工作。（NN, 2, 138, 2007）这个小组把一些生物酶粘在纳米管上具有强大的去污作用，严格的说应该是含蛋白质等污渍很难黏附上来。这个不让黏附当然也有意义，海轮往往是因为表面沾了大量的贝类消耗大量能量。工作请见 Small, 3, 50, 2007. 呵呵，黏附有用，去黏附也有用，科研真是好玩的很啊。 注，刘金平也在博客上谈了他对这几篇文章的看法，很有意思。链接为http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=9834 本文引用地址：http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=9882 其它博客相关文章 |
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