原文出自 Molecules 期刊

Ji, F.; Li, Y.; Zhao, H.; Wang, X.; Li, W. Solvent-Exchange Triggered Solidification of Peptide/POM Coacervates for Enhancing the On-Site Underwater Adhesion. Molecules 2024, 29, 681.https://www.mdpi.com/1420-3049/29/3/681

通讯作者介绍

李文 教授

吉林大学

吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室教授、博士生导师，吉林大学唐敖庆领军教授，国家自然科学基金委优秀青年基金获得者。主要从事蛋白、多肽、氨基酸等胶体体系的表界面性质及生物活性研究。近年来，围绕纳米抗菌肽、医用胶粘剂、功能性涂层、柔性可拉伸、可植入电子器件与能源设备的设计与作用机制开展了系统性研究；相应研究成果发表在 Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater. 等国际知名期刊；先后申请中国发明专利15件、美国发明专利2件、已授权中国发明专利13件。

引言

水生附着生物分泌的天然蛋白胶粘剂是仿生研究的范例。短肽分子具有组成类似、结构简单、序列可调、合成方便、可批量制备、生物相容、可降解的特点。短肽仿生水下胶粘剂不仅是了解天然黏性蛋白质水下粘接机制的理想模型体系，也是开发生物医用胶粘剂的重要候选。近日，吉林大学李文课题组报告了一种由短肽和多金属氧簇形成的团聚体，并实现了其水下注射、铺展、黏附及溶剂交换诱导的原位固化。短肽与多金属氧簇能够通过静电、氢键及疏水效应等非共价相互作用交联聚合，形成连续交联且宏观稳定的三维网络结构。作者通过控制溶剂极性来调节非共价键的强度，在有机溶剂

(乙醇或二甲基亚砜)
和水的混合溶剂中制备了基于短肽和多金属氧簇的流动性团聚体。将团聚体置于水中时，团聚体中的有机溶剂与环境中的水发生溶剂交换，导致团聚体内部环境的极性增大，疏水作用强度增强，从而驱动团聚体从流体相自发转变为胶态或硬质固态 (图1)。本工作不仅模拟了天然蛋白水下胶粘剂的粘接过程，也提升了短肽胶粘剂的水下粘接性能。该研究成果发表在 Molecules 期刊。

图1. 短肽和多金属氧簇形成的团聚体在水环境中的注射、铺展、黏附及溶剂交换诱导的原位固化和粘接增强过程。

实验内容

作者使用四种不同疏水性的短肽 (L1-L4) 与H4SiW12O40

(SiW) 在不同比例的水和极性有机溶剂 (乙醇/二甲基亚砜) 混合液中制备了肽/SiW团聚体
(图2)。短肽序列及疏水性不同，所用的极性有机溶剂种类也不尽相同。将制备所得的肽/SiW团聚体注射到水环境中时，团聚体中的极性有机溶剂与环境中的水发生溶剂交换，致使团聚体内部的介电常数增大，疏水作用增强，导致团聚体内部网络结构的密度增加，实现固化

(图3)。固化所得的肽/SiW胶粘剂在水下的各种基底上都表现出可靠的黏附性，其最大水下剪切粘接强度达80 kPa以上 (图4)。

图2. (a) 短肽L1、L2、L3 和 L4的结构示意图；(b) 短肽L1与SiW在不同体积比例乙醇和水混合溶液中形成的复合物状态；(c) 乙醇-水溶剂交换引发L1/SiW团聚体固化的模型示意图。

图3. 乙醇-水溶剂交换引发L1/SiW团聚体固化的实物图：(a) 将不锈钢板浸入去离子水；(b) 在布条与不锈钢板接触区域注入L1/SiW团聚体；(c) 乙醇-水溶剂交换60分钟后引发L1/SiW团聚体固化的实物图；(d) 固化所得L1/SiW胶粘剂对不锈钢板实现有效粘接的实物图。

图4. (a) pH为6.0时，经乙醇-水溶剂交换固化后的L1/SiW胶粘剂对不同基底的搭接剪切力-位移曲线；(b) pH为6.0时，固化的L1/SiW胶粘剂对不同基底的平均水下剪切粘接强度。

结论

本文通过抑制非共价相互作用强度，在水和极性有机溶剂混合溶液中制备了一系列短肽/SiW团聚体。所得团聚体可在水溶液中进行原位注射、快速铺展、黏附。随后，利用溶剂交换策略，使团聚体中的极性有机溶剂与环境中水分子发生交换，从而增强了疏水效应的强度，引发团聚体固化，实现粘接强度的有效提升。本工作系统研究了混合溶剂比例与团聚体形成的对应关系，溶剂交换的动力学过程及该策略在提升短肽团聚体水下粘接强度方面的通用性和兼容性。

Molecules 期刊介绍

主编：Thomas J. Schmidt, University of Münster, Germany

期刊发表化学各学科领域的基础、应用以及交叉学科研究的原创性、首创性成果，主题涵盖有机化学、无机化学、药物化学、材料化学、分析化学、应用化学、天然产物化学、食品化学、物理化学、生物化学、计算与理论化学、光电化学、交叉化学、绿色化学等。目前已被SCIE

(Web of Science)、Scopus、PubMed、MEDLINE、PMC、Reaxys、Embase、CaPlus/SciFinder等数据库收录。

2022 Impact Factor：4.6 (JCR Q2*)

2022 CiteScore：6.7

Time to First Decision：14.6 Days 

Acceptance to Publication：34 Days

*JCR Q2 at "Chemistry, Multidisciplinary and Biochemistry & Molecular Biology"