研究员) SHIBAKAMI Motonari，职业研究员，HIMIYAMA Tomoki，生物医学研究所高级研究员，TERASAKI Nao，传感系统研究中心团队负责人
- 由多糖制成的粘合剂眼虫和脂肪酸
- 与石油基环氧结构胶相似的粘合强度
- 粘合的铝板可以通过加热轻松拆卸，并通过重新加热重新粘合。
强度足以举起北极熊：一种高强度生物基粘合剂，由眼虫
AIST 研究人员与旭化成公司（以下简称“旭化成”）合作证明，含有多糖的粘合剂 (裸藻淀粉) 摘自眼虫细胞（以下简称“眼虫粘合剂”)达到足够的强度用于汽车结构材料.
眼虫粘合剂是一种生物基粘合剂包含裸藻淀粉，在细胞中大量积累。它是通过添加脂肪酸裸藻淀粉。眼虫粘合剂可以粘合铝板，其强度超过铝制汽车结构材料的要求。这种粘合强度与传统石油基的粘合强度相似环氧粘合剂，主要用于汽车结构材料，超过了之前报道的生物基粘合剂的粘合强度。
用于汽车结构材料的传统粘合剂具有高粘合强度。然而，它们很难拆卸，因此拆卸报废车辆并重新利用其零件变得具有挑战性。相比之下，铝板与眼虫粘合剂可以通过加热轻松拆卸（轻松拆卸）。而且，拆卸下来的铝板可以通过重新加热重新粘合，从而达到接近以前水平的粘合强度。
报废车辆 (ELV) 产生的废物会对环境产生不利影响。为了解决这个问题，欧盟于2000年推出了ELV指令，以促进汽车零部件的拆卸、再利用和回收。因此，需要具有高粘合强度和易拆卸性能的粘合剂。新开发的眼虫粘合剂兼具强大的粘合性能和易于拆卸的特点，有望解决 ELV 带来的环境挑战。
这项技术的详细信息已于 12 月 6 日的 1 日发布st生物连接国际会议，2024 年 12 月 5 日至 6 日在葡萄牙波尔图举行。
报废汽车产生的废物对环境有相当大的影响。为了解决这个问题，引入了 ELV 指令（欧盟法规），以促进车辆零部件的拆卸、再利用和回收。这就产生了对兼具高强度和易于拆卸的粘合剂的需求。传统的粘合剂，如环氧粘合剂，粘合强度高，但不易拆卸，从而导致报废汽车带来的环境问题未能得到解决。
AIST 一直在进行研究和开发，以生物基材料取代传统的石油基材料，以促进可持续发展、循环型社会。在这项努力中，我们重点关注眼虫，一种微藻，以其高二氧化碳固定能力和有效利用水中糖作为营养源的能力而闻名。眼虫以二氧化碳和糖为原料，在细胞内积累大量多糖（裸藻淀粉）。
裸藻淀粉是一种在体内大量积累的生物物质眼虫细胞，占细胞干重的一半以上。它是一种包含大约 2,000 个葡萄糖分子的多糖。在眼虫细胞中，裸藻淀粉以直径为几微米的颗粒形式存在，由无数裸藻淀粉分子聚集而成（图1）。
图 1。眼虫和裸藻淀粉
这些颗粒中的裸藻淀粉几乎是 100% 纯，这使得它可以通过化学方式改性成各种材料，而无需使用复杂的纯化过程。眼虫细胞被软细胞膜包围（它们没有硬细胞壁），因此很容易提取裸藻淀粉。此外，眼虫培养具有高密度生长的优势，每升培养基的产量可达几十克，并且可以在对其他微生物具有挑战性的酸性条件下茁壮成长。
在过去的 10 年里，AIST 研究了裸藻淀粉作为生物基材料的潜在用途，并宣布可以将其化学改性为各种材料 (AIST 新闻稿，2013 年 1 月 9 日）。 AIST 对粘合现象有了全面的了解，并开发了先进的粘合强度评估技术。在这项研究中，AIST 小组（AIST 和 AIST Solutions Co）与旭化成合作，对眼虫粘合剂并证实其表现出高粘合强度，从而使其适合用作汽车结构材料中的粘合剂。
AIST已将裸藻淀粉视为各种化学产品的原料，这与石脑油在石化工业中的用途类似。该研究所一直在研究开发以裸藻淀粉为起始材料的各种材料，以创建新的生物基制造业。
作为裸藻淀粉制造研发的一部分，AIST 和旭化成确认眼虫通过在裸藻淀粉中添加强特定量的天然存在的脂肪酸而合成的粘合剂可以执行以下操作：（1）使用加热和冷却过程粘合两块铝板； (2)再加热即可轻松拆卸板材； (3) 即使经过多次粘合和拆卸过程，仍能保持与初始粘合相似的粘合强度。
的准备和评估眼虫粘合剂的进行如下：首先，粉状裸藻淀粉酯，其原料眼虫粘合剂，是通过使用有机合成技术将脂肪酸添加到裸藻淀粉中而合成的。通过热压将粉末加工成透明薄膜（005毫米厚的薄膜）（图2）。
图2原料的化学结构眼虫粘合剂和薄膜粘合剂的外观
将薄膜切成5毫米×25毫米的块并放置在a的边缘激光处理铝合金(A6061)板(100mm×25mm×3mm)和另一块类似处理的铝板放置在膜上。将两块铝板热压并冷却，制成将板粘合在一起的测试样本（图 3）。
图 3 测试样本的制备
该拉伸剪切强度根据使样本破裂所需的力来确定。图4比较了眼虫与结构材料用典型环氧基粘合剂和传统生物基粘合剂中强度最高的粘合剂相比。拉伸剪切强度眼虫粘合剂 (30 MPa) 与用于结构材料的典型环氧粘合剂 (20–30 MPa) 相当，并且超过了生物基粘合剂 (18 MPa) 报道于自然2023 年 9 月。使与粘合的测试样本破裂所需的力眼虫粘合剂为3750 N，相当于约380 kg的重量。因此，需要 380 公斤的力量才能使测试样本破裂。
图4拉伸剪切强度比较
图 5 显示了与眼虫重新加热后可以用手轻松拆卸粘合剂。还提供了重复粘合力评估的结果，表明即使经过四次拆卸和重新加热，粘合强度仍然保持一致。基于这些结果，我们认为眼虫粘合剂是拆解弱电部件的关键。
图 5 拆卸方便性和使用的可重复性眼虫粘合剂
这项研究的结果凸显了眼虫作为汽车结构材料粘合解决方案的粘合剂。它的利用有望促进报废汽车的拆卸及其零部件的再利用和回收，从而为与报废汽车相关的环境问题提供有价值的解决方案。加快社会落实眼虫粘合剂，我们正在研究开发更高效的原料合成方法，再加上对粘合剂的综合评价和改进。除了汽车结构材料之外，我们预计眼虫粘合剂，包括电子设备材料中的粘合剂。