貝類，特別是生活在海洋中的各種貝類，是人們非常熟悉的一類生物。不過，當(dāng)你在海邊邂逅這些小生命，或者在飯店里享受它們帶來的海鮮大餐，或者欣賞由形態(tài)各異的貝殼做成的工藝品的時候，你可曾想過，人們正在受一些海洋貝類的啟發(fā)，開發(fā)新的“萬能膠”呢？

     人們早就注意到，某些海洋貝類具有很強(qiáng)的吸附能力。比 如，blue mussel (學(xué)名Mytilus edulis,中文名紫殼菜蛤或者藍(lán)貝)這種貝類常常生活在潮汐帶。它們會分泌出幾十條細(xì)絲一樣的結(jié)構(gòu)，稱為“足絲”（byssus），這些足絲的末端橫 截面會變大，像吸盤一樣牢牢地抓住巖石或是其他表面（圖1、圖2）[注1-3]。那么，這種貝類的吸附究竟有什么特別之處呢？首先，這些貝類能經(jīng)受海浪的 不斷侵襲而牢牢地在礁石上定居，可見這種吸附作用非常之強(qiáng)。其次，許多人工合成的膠粘劑，在水下環(huán)境中性能都會減弱，而這些貝類一天之中有相當(dāng)長的時間浸 泡在海水中卻能安然無恙，表面這種吸附作用十分獨特。另外，blue mussel等貝類不僅能吸附在礁石上，還可以牢牢地粘住許多金屬，甚至像聚四氟乙烯（也就是不粘鍋的涂層）這種很難被其他物質(zhì)沾污的材料，這些貝類也可 以吸附上去[注4]。由此可見，說這些貝類的吸附能力是一種“萬能膠”一點都不夸張。

圖1 一只blue mussel正在通過足絲吸附在巖石表面。引自參考文獻(xiàn)[2]

圖2 吸附在某種表面上的blue mussel的解剖圖。引自參考文獻(xiàn)[1]

     那么，這種超強(qiáng)的吸附作用是怎么來的呢，這還要從這些貝類的 吸附器官――足絲說起。與蠶絲、蜘蛛絲類似，貝類的足絲并不是活的組織器官，而是主要由蛋白質(zhì)組成。研究表明，組成這些貝類足絲中的多種蛋白質(zhì)中，含有一 種特殊的氨基酸——L-3,4-二羥基苯丙氨酸（也叫L-多巴）。[注1]這種氨基酸并不在構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸之列，不過在人和其他一些動物體內(nèi)也 能見到它的身影。L-3,4－二羥基苯丙氨酸是酪氨酸在一種叫酪氨酸羥化酶的酶的作用下形成的。酪氨酸的苯環(huán)上本來帶有一個羥基，在酪氨酸羥化酶的作用 下，羥基的相鄰位置又引入了一個羥基，形成了鄰苯二酚結(jié)構(gòu)，酪氨酸也就變成了L-3,4－二羥基苯丙氨酸。這種氨基酸還會被其他種類的酶繼續(xù)作用，變成多 巴胺、腎上腺素等在生理活動中非常重要的物質(zhì)（圖3）。[注5]

圖3 酪氨酸（左）、L-3,4－二羥基苯丙氨酸（中）和多巴胺（右）的化學(xué)結(jié)構(gòu)

     在組成貝類足絲的某些蛋白質(zhì)中，L-3,4－二羥基苯丙氨酸 的摩爾含量可以達(dá)到27％。那么，L-3,4－二羥基苯丙氨酸是不是這些貝類超強(qiáng)吸附能力的主要來源呢？確實如此。許多研究表明，這種氨基酸中的鄰苯二酚 結(jié)構(gòu)可以通過不同類型的機(jī)制與各種材料表面發(fā)生作用，從而帶來極強(qiáng)的吸附作用（圖4）。例如，當(dāng)貝類遇到金屬表面時，鄰苯二酚可以與這些金屬形成一種叫配 位鍵的相互作用，這種作用很強(qiáng)，足以讓貝類牢牢地抓住這些金屬；要是遇到的是巖石等非金屬表面怎么辦呢？沒有關(guān)系，鄰苯二酚還有其他的高招。比如，當(dāng)材料 表面存在氧原子的時候，鄰苯二酚會與材料表面發(fā)生另外一種相互作用——氫鍵。這種作用的強(qiáng)度同樣不弱，使得貝類輕松吸附到這些表面上去。另外，在一定的條 件下，鄰苯二酚會被氧化成鄰苯醌。與鄰苯二酚相比，鄰苯醌形成配位鍵或者氫鍵的能力雖然要弱很多，但它可以和許多化學(xué)基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)固的共價鍵，這種 作用就更強(qiáng)了。在自然環(huán)境下，構(gòu)成貝類足絲的蛋白質(zhì)中，鄰苯二酚和鄰苯醌結(jié)構(gòu)往往共存，保證了貝類面對不同類型的表面都可以展現(xiàn)出很強(qiáng)的吸附能力。另外， 看上去纖細(xì)的足絲機(jī)械強(qiáng)度其實相當(dāng)高，在風(fēng)浪中不會輕易被打斷。這樣，這些貝類就能夠在惡劣的環(huán)境中安穩(wěn)地生活在礁石上。[注6－8]

圖4 鄰苯二酚結(jié)構(gòu)與不同材料表面的作用機(jī)制。

左：通過配位鍵與二氧化鈦表面作用。右：通過氫鍵與云母表面作用。

注意圖中同時標(biāo)出了鄰苯醌結(jié)構(gòu)。

     弄清楚了海貝超強(qiáng)吸附能力的主要來源，研究者們自然想到如何 利用這種神奇的化學(xué)物質(zhì)為我們的日常生活服務(wù)?？紤]到成本和產(chǎn)量，直接從這些貝類里面提取這些特殊的蛋白質(zhì)恐怕并不是一個好主意。不過沒有關(guān)系，既然起決 定作用的是鄰苯二酚結(jié)構(gòu)，那么我們合成一些具有類似結(jié)構(gòu)的分子就可以了。研究者們合成了許多帶有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的小分子或是聚合物，它們的表現(xiàn)也很讓人滿 意，可以吸附到許多不同類型的材料表面上去。隨著研究的深入，人們也在進(jìn)一步開發(fā)這些含有鄰苯二酚的“萬能膠”的應(yīng)用。這些材料用在生物醫(yī)學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用尤 為引人矚目，這是因為在體內(nèi)存在大量的體液，許多合成的膠粘劑或者縫合劑往往不能很好地發(fā)揮作用，而含鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的膠粘劑在水下也可以表現(xiàn)出優(yōu)異的性 能，因此有可能克服目前這些粘合劑的缺點，更好地為人類的健康服務(wù)。也許在不久的將來，我們就可以看到這些新型的“萬能膠”在我們的生活中大放異彩呢。

（作者：嵌段共聚物）