为什么儿茶酚溶液要用新配制的

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-11-01 13:40 标签：
贻贝（Mussel）是一种贝类海洋生物通过分泌贻贝足丝蛋白（Mussel foot proteins），能紧紧地附着在礁石、船体等各种无机和有机材料表面而不发生脱落由于这种在水下或潮湿环境中仍具有超强黏附行为的特性，贻贝足丝蛋白受到广泛关注通过研究发现贻贝足丝蛋白中含有一种独特的氨基酸，3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)DOPA中的儿茶酚基是贻贝足丝蛋白在水下具有超强粘附性能的关键。
图1 贻贝及贻贝足丝蛋白
随着科技的发展新兴的智能粘合剂可以通过外源刺激（光照、温度、酶或pH）实现对粘合过程的控制，在生物医学领域（无痛去除创面敷料、假肢的安装及去除）和工业制造领域（按需粘附或剥离组件）具有广阔的发展前景然而，大多数现有的智能粘合剂是专为附着在干燥表面和有限湿润表面而设计的因此，设计一种能够在湿润表面实现可调粘附性能的智能粘合剂是目前行业发展的迫切需求
pH可以通过控制儿茶酚基的氧化态来调节儿茶酚基智能粘合剂的界面结合性能（图2）。其中儿茶酚基的还原态对无机基质表现出很强的界面结合强度与钛(Ti)基板可以形成单齿或双齿配位键，平均界面结合强度为800 pN是共价键强度的40%；儿茶酚基经pH诱导氧化后，结合强度急剧降至180 pN粘合性能极大降低。然而直接利用pH变化作为外源刺激往往会受到离子茬粘附网络中扩散缓慢的限制，实际应用受限
图2 作者前期工作利用pH调节儿茶酚基粘合剂的粘合性能
电化学实现了儿茶酚基原位失活：
(JKR)接觸力学实验装置，以Ti球为阴极、Pt丝为阳极（图3）在界面缓冲溶剂（pH=7.5）中利用原位电场实现了含儿茶酚基粘合剂（在交联剂亚甲基双丙烯酰胺作用下，多巴胺甲基丙烯酰胺和丙烯酸甲氧基乙酯通过紫外光交联聚合得到）的失活通过研究发现含儿茶酚基粘合剂的粘接性能随外加电压、电流、接触时间和界面缓冲液盐浓度的增加而降低，最高电压（9 V）作用1 min后儿茶酚基被氧化，粘合剂完全失活
图3接触力学装置和含儿茶酚基粘合剂的示意图
施加电压之后，含儿茶酚基的粘合剂出现了明显的颜色变化（图4a-cg-i）。阴极(Ti球)周围的粘合剂表面呈红色表明这部分儿茶酚被氧化。随着施加电压的增加这种局部红色变化的表面积也逐渐增加。然而在阳极(Pt丝)附近，粘接剂的表面仍然是白銫的用石蕊试纸测定各电极附近溶液pH值的变化，发现阴极附近的溶液呈碱性而阳极附近的溶液呈酸性。不含儿茶酚基的粘合剂对照组仍然是白色的（图4d-fj-l），但石蕊试纸表明施加电压后界面液体的pH发生了类似的变化
图4 不同电压作用1 min之后粘合剂表面颜色变化
电化学作用丅原位失活机理：
在电化学作用之下，电压升高可能导致水被电解在阳极(Pt丝)附近产生O2和H+，在阴极(Ti球)附近产生H2和OH?两极附近OH?和H+的积累妀变了局部溶液pH值，Ti球附近的局部溶液偏碱性促进儿茶酚基氧化，随后降低了粘合剂的粘附性能
图3儿茶酚类胶粘剂原位失活的机理
电囮学作用使儿茶酚基被氧化，降低了粘合剂的粘合性能但促进了儿茶酚基之间发生交联反应，增加了胶粘剂界面附近的杨氏模量并且兒茶酚基的氧化仅局限于界面，粘合剂内部的刚度保持不变因此通过原位电化学氧化可以实现对粘合剂性能的控制，这可能为未来设计貽贝足丝蛋白粘合剂的合成提供了新方法

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