立体微结构工程驱动下一代可降解生物粘合剂的创新突破

面对传统粘合剂不可降解、环境污染等问题，西安交通大学研究人员通过立体选择性开环聚合调控聚-3-羟基丁酸酯（P3HB）的微结构，开发出粘接强度达9.5 MPa的可降解粘合剂，其性能超越商用乙烯-醋酸乙烯酯（EVA），为绿色材料在医疗植入、柔性电子等领域的应用提供新范式。

　　

现代工业对高性能粘合剂的需求日益增长，但传统石油基产品面临不可降解、环境污染等严峻挑战。热固性粘合剂虽强度优异却难以回收，热塑性粘合剂依赖化石燃料且降解缓慢。更令人担忧的是，现有生物基粘合剂普遍存在强度不足（<3 MPa）和环境稳定性差的问题，严重制约其在医疗、电子等高端领域的应用。

西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室的研究团队独辟蹊径，从微生物合成的天然聚羟基脂肪酸酯（PHA）家族中选取聚-3-羟基丁酸酯（P3HB）作为突破口。通过立体选择性开环聚合（stereoselective ring-opening polymerization）技术精准调控聚合物链的立构规整性，成功制备出具有丰富半结晶区的立体规整P3HB（sr-P3HB）。这种创新材料在未经处理的铝基板上展现出9.5 MPa的超强粘接强度，是传统乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）粘合剂的4倍，同时保持完全生物可降解特性。相关成果发表于国际期刊《The Innovation》。

研究团队运用三项核心技术：1）立体选择性催化体系构建，实现P3HB分子链的立构精准控制；2）结晶-非晶区域协同设计，通过差示扫描量热法（DSC）和X射线衍射（XRD）表征微观结构；3）多尺度粘附机制解析，结合原子力显微镜（AFM）和剪切强度测试评估界面相互作用。

SYNTHESIS AND MECHANISM OF ULTRASTRONG BIODEGRADABLE ADHESIVES

研究发现，sr-P3HB的结晶区作为物理交联点形成网络骨架，而非晶区提供流动性的独特结构，使其在加压粘接时能有效渗透基材表面微结构。更关键的是，间规立构序列（syndiotactic sequence）使分子链呈现更伸展的构象，大幅增加与基材的接触面积，通过酯键氢键和范德华力的协同作用实现强力粘附。

CHALLENGES FACED BY BIODEGRADABLE ADHESIVES

当前sr-P3HB生产成本（3.03美元/kg）和碳排放（4.73 kg CO₂/kg）仍高于EVA，需通过催化剂优化和可再生能源整合降低环境足迹。

CONCLUDING REMARKS AND PERSPECTIVES

该研究开创性地证明立体微结构工程可打破生物材料"高性能-不可降解"的魔咒。这种策略可延伸至心脏支架、骨固定材料等医疗场景——通过调控降解速率匹配组织愈合周期，避免二次手术；其环境响应特性还能用于智能药物贴片（pH/酶响应释放）和脑机接口电极粘接层。从工业粘合剂到生命科学应用，立体微结构设计为绿色材料革命提供了普适性方法论，标志着材料科学向可持续发展范式转型的重要里程碑。