鱼体表粘液减阻性能-粘弹响应-超分子结构关系及其应用研究

从鱼体表粘液的两个特征粘弹响应入手，考察pH值、频率、剪切方式、盐度、温度、浓度、离子强度、剪切史、小分子物质等对粘液粘弹响应的影响，确定粘液的特征流变响应。考察粘液的结构与形态，分析粘液的各主要组分及其相互作用，提出粘液的超分子结构模型，建立减阻性能-粘弹响应-超分子结构之间的关系；在此基础上，选择几种与粘液主要组分相似的物质，以适当的条件实现组装，形成类粘液超分子结构，考察其是否显示与粘液相同的粘弹响应，能否表现出优异的减阻特性。本申请项目的开展，有助于探明鱼体表粘液这一软物质的超分子结构及其对粘弹响应、减阻性能的影响，探索通过超分子结构仿生实现功能仿生的可能。研究内容涉及有关软物质粘弹行为中的若干未知问题，具有重要的理论意义。研究内容不仅可望为船舶、潜艇等水下设施减阻提供新的理念，还可望为工业或医用减阻剂及润滑剂性能的改善提供理论参考。

生物黏液是广泛存在于动植物器官表面的多功能复杂流体。黏液具有凝胶结构，但可以流动，是天然的生物弱凝胶。黏液常在外力刺激下发生流动变形，故流变行为对其正常发挥功能至关重要。黏液还可有效降低异物对器官的摩擦作用，具有优异的润滑功能。本项目项目获取了淡水鱼泥鳅的体表黏液，研究了泥鳅体表黏液的动态及稳态流变行为，发现黏液具有弱凝胶的流变特性，且呈现较为特殊的流变响应。在动态应变扫描过程中，黏液的结构破坏过程分为两个阶段；随着剪切速率（应力）的增大，黏液依次呈现剪切增稠和三段剪切变稀行为，随着剪切速率（应力）的降低，黏液呈现单一的剪切变稀和两种滞后行为；随着剪切时间的延长，黏液在低剪切速率（应力）下呈现震凝性，在高剪切速率（应力）下呈现触变性。第一段剪切变稀向第二段剪切变稀的转变与震凝性向触变性的转变发生在相同的剪切速率（应力）。. 本项目采用简便经济的办法，提取了泥鳅体表黏液的结构物质——泥鳅体表黏液糖蛋白（LSM）。LSM含有30 wt%的氨基酸，5 wt%的唾液酸，唾液酸带有羧基，故LSM在水溶液中显负电性。LSM为线性分子，分子长度为100 ~ 1000 nm，宽度约为15 nm。在水溶液中，LSM可发生疏水缔合，生理浓度下，疏水缔合作用使LSM水溶液复现了黏液的凝胶结构。在水溶液中，LSM可轴向自组装成微米级长纤维。纤维间可发生横向疏水缔合，随着浓度升高，依次缔合形成枝化纤维及纤维网络结构。在纤维网络中，横向疏水缔合体以纤维捆的形式存在，直径为几十至几百纳米。纤维捆连接不同的纤维，起交联作用，纤维捆间连有横向缔合程度较低的松散纤维。LSM纤维网络的流变行为与黏液原液的流变行为基本相同，其呈现两种流变响应，对应于网络中的两种结构。研究发现LSM水溶液具有较好的润滑效果，可有效降低亲水及疏水硅橡胶表面的边界摩擦系数。不同于传统的高分子润滑剂，LSM水溶液的边界润滑功能不是LSM紧密吸附层导致的。当且仅当浓度高于临界分子间缔合浓度时，LSM水溶液才具有边界润滑效果。采用表面活性剂破坏LSM的分子间缔合作用，边界润滑效果消失，证明分子间缔合作用对于LSM的边界润滑功能起决定性作用。. 按计划完成了申请书中的研究内容和预期研究成果，已在国内一级期刊和国际期刊上发表学术论文12篇，会议论文3篇。培养了1个博士、4个硕士。