陈根：新型多重保护涂层，竟出自虾壳

文/陈根

据外媒New Atlas报道，一项新研究称，从虾、螃蟹、蘑菇和其他生物体中提取的甲壳素可能会成为3D打印的一种新的多层聚合物涂层，并可以保护士兵在战场中免受子弹、激光、有毒气体、微生物等的危害。

甲壳质(C8H13O5N)n，又称甲壳素、几丁质，英文名Chitin。1811年被法国学者布拉克诺(Braconno)发现，1823年由欧吉尔(Odier)从甲壳动物外壳中提取出了这种物质。甲壳素是甲壳类和昆虫等节肢动物外骨骼中的主要成分，但也存在于许多其他生物的细胞壁中，包括线虫、原生动物等。

自然界中，甲壳质广泛在于低等植物菌类、虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳等。近年来，它在农业、医药和新材料的开发中的应用越来越广。

现在，美国休斯敦大学化学和生物分子工程教授Alamgir Karim领导的休斯敦大学研究团队正在研究如何将甲壳素转化为一种生物基、可生物降解的高抗冲击涂层，用于军事应用。在美国国防部60万美元资金的资助下，该研究团队的目标不仅是生产出更轻、更坚韧的机体装甲，而且要开发出一种可以抵御弹丸撞击的印刷涂层，还可以抵御激光、微生物和毒气。

甲壳质的化学结构和植物纤维素非常相似，都是六碳糖的多聚体，分子量都在100万以上。纤维素的基本单位是葡萄糖，它是由300～2500个葡萄糖残基通过β1，4糖甙链连接而成的聚合物。几丁质的基本单位是乙酰葡萄糖胺，它是由1000～3000个乙酰葡萄糖胺残基通过p1，4糖甙链相互连接而成的聚合物。而几丁聚糖的基本单位是葡萄糖胺。

甲壳素其实是葡萄糖的衍生物，其长链聚合物结构由乙酰基基团固定在一起。当这些基团被去除后，甲壳素就变成了壳聚糖，这是一种较少的纤维，比较容易处理，通常作为膳食补充剂出售。虽然最常从甲壳素中收获，但休斯敦大学团队更倾向于将蘑菇作为甲壳素的来源，因为它们可以实现更一致和标准化的聚合过程。

为了将壳聚糖变成一种实用的涂层，该团队一直在调整其原子表面结构，帮助其形成功能层。这些层可以通过3D打印形成不同功能的层，包括坚硬的抗冲击层，可以像机动车上的褶皱区一样的吸能层、利用木炭纳米颗粒吸收有毒气体的层以及用于粘附的纺织层等。

甲壳素的应用范围非常广泛，在工业上可做布料、衣物、染料、纸张和水处理等；在农业上可做杀虫剂、植物抗病毒剂；渔业上做养鱼饲料；化妆品领域可用作美容剂、毛发保护、保湿剂等；医疗用品上可做隐形眼镜、人工皮肤、缝合线、人工透析膜和人工血管等……目前，休斯敦大学团队的研究目标是为军事人员生产多重保护涂层，同时探索可应用于汽车、建筑和其他行业的新型材料。