高強度二重網状ポリドパミンナノコンポジットハイドロゲルを用いた水中接着剤の開発

A high-strength double network polydopamine nanocomposite hydrogel for adhesion under seawater.

• Min Liang
• Chunpeng He
• Jidong Dai
• Pengfei Ren
• Yifu Fu
• Faming Wang
• Xin Ge
• Tianzhu Zhang
• Zuhong Lu

抄録

ムールにヒントを得たカテコールをベースとした戦略は、水中接着剤の開発に広く利用されてきた。しかし、これらの接着剤は、過酷な環境下での使用には限界があった。ここでは、第一のネットワークをポリアクリルアミド（PAM）、第二のネットワークをアルギン酸（Alg）とした二重ネットワークのハイドロゲル接着剤を開発し、海水中での低膨潤率と高強度を実現した。一方、自己重合により形成されたポリドパミン（ＰＤＡ）ナノ粒子が接着アンカーサイトとして二重ネットワークヒドロゲル全体に均一に分布し、ヒドロゲルの接着能力を効果的に高めた。得られたハイドロゲルの特性を十分に評価した。このハイドロゲル接着剤の海水中での最適接着強度は146.84±7.78kPaと高い値を示した。さらに、このハイドロゲルは褐虫藻の増殖を促進する能力にも優れていることがわかった。これらの研究は、自然界を超えた高性能な水中接着剤を合理的に設計する上で有用な知見を与えるものである。

Mussel-inspired catechol-based strategy has been widely used in the development of underwater adhesives. Nonetheless, the properties of the adhesives were still severely limited under harsh environments. A facile approach was proposed herein to prepare a double network hydrogel adhesive with low swelling rate and high strength in seawater, where the first network was polyacrylamide (PAM) and the second network was alginate (Alg). Meanwhile, polydopamine (PDA) nanoparticles, which were formed through self-polymerization as adhesion anchoring sites, distributed evenly throughout the double network hydrogel and effectively enhanced the adhesion capability of the hydrogel. The properties of the resulting hydrogel have been fully characterized. The optimal adhesion strength of the hydrogel adhesive in seawater was as high as 146.84 ± 7.78 kPa. Furthermore, the hydrogel also has excellent ability to promote the growth of zooxanthellae. Our studies provide useful insights into the rational design of underwater adhesives with high performances even beyond nature.