Enhancing the adhesion of a biomimetic polymer yields performance rivaling commercial glues

Advanced Functional Materials

Volumn 24, Issue 21, 2014, Pages 3259-3267

  Meredith, Heather J ^a   Jenkins, Courtney L ^b   Wilker, Jonathan J ^a,b  

^a Purdue University   (United States)

^b PURDUE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

adhesion; biomimetics; catechols; mussels; polymers

Indexed keywords

ADHESION; AMINO ACIDS; BIOMIMETICS; CHEMICAL BONDS; CROSSLINKING; CURING; FILLERS; GLUES; GLUING; MOLLUSCS; POLYMERS; PROTEINS; STYRENE;

3 ,4-DIHYDROXYPHENYLALANINE; ADHESIVE PERFORMANCE; BONDING PERFORMANCE; CATECHOLS; CROSS LINKING AGENTS; MUSSELS; POLYMER CONCENTRATIONS; STATISTICAL COPOLYMERS;

FUNCTIONAL POLYMERS;

EID: 84901986656     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201303536     Document Type: Article

References (103)

1. a) J. H. Waite, Integr. Comp. Biol. 2002, 42, 1172
2. b) J. J. Wilker, Curr. Opin. Chem. Biol. 2010, 14, 276
3. c) J. J. Wilker, Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 8076
4. d) J. J. Wilker, Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 579
5. e) J. Sagert, C. Sun, J. H. Waite, Biological Adhesives, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2006.
6. J. H. Waite, N. H. Andersen, S. Jewhurst, C. J. Sun, J. Adhes. 2005, 81, 297.
7. a) E. Faure, C. Falentin-Daudre, C. Jerome, J. Lyskawa, D. Fournier, P. Woisel, C. Detrembleur, Prog. Polym. Sci. 2013, 38, 236
8. b) S. Moulay, C. R. Chim. 2009, 12, 577
9. c) J. Sedõ, J. Saiz-Poseu, F. Busqué, D. Ruiz-Molina, Adv. Mater. 2012.
10. a) H. Yamamoto, T. Hayakawa, Biopolymers 1982, 21, 1137
11. b) M. E. Yu, J. Y. Hwang, T. J. Deming, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 5825
12. c) M. E. Yu, T. J. Deming, Macromolecules 1998, 31, 4739
13. d) H. Tatehata, A. Mochizuki, T. Kawashima, S. Yamashita, H. Yamamoto, J. Appl. Polym. Sci. 2000, 76, 929
14. e) M. Yin, Y. Yuan, C. S. Liu, J. Wang, Biomaterials 2009, 30, 2764
15. f) J. Wang, C. S. Liu, X. Lu, M. Yin, Biomaterials 2007, 28, 3456
16. g) H. J. Cha, D. S. Hwang, S. Lim, J. White, C. R. Mátos-Perez, J. Wilker, Biofouling 2009, 25, 99
17. h) D. S. Hwang, H. J. Yoo, J. H. Jun, W. K. Moon, H. J. Cha, Appl. Environ. Microbiol. 2004, 70, 3352
18. i) D. S. Hwang, Y. Gim, H. J. Cha, Biotechnol. Prog. 2005, 21, 965.
19. a) H. Shao, K. N. Bachus, R. J. Stewart, Macromol. Biosci. 2009, 9, 464
20. b) S. Kaur, G. M. Weerasekare, R. J. Stewart, ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 941
21. c) H. Shao, R. J. Stewart, Adv. Mater. 2010, 22, 729.
22. H. Lee, S. M. Dellatore, W. M. Miller, P. B. Messersmith, Science 2007, 318, 426.
23. W. H. Daly, S. Moulay, J. Polym. Sci. Pol. Sym. 1986, 227.
24. a) P. Glass, H. Y. Chung, N. R. Washburn, M. Sitti, Langmuir 2009, 25, 6607
25. b) A. Stepuk, J. G. Halter, A. Schaetz, R. N. Grass, W. J. Stark, Chem. Commun. 2012, 48, 6238
26. c) M. Guvendiren, P. B. Messersmith, K. R. Shull, Biomacromolecules 2008, 9, 122.
27. a) B. P. Lee, J. L. Dalsin, P. B. Messersmith, Biomacromolecules 2002, 3, 1038
28. b) K. Huang, B. P. Lee, D. R. Ingram, P. B. Messersmith, Biomacromolecules 2002, 3, 397
29. c) C. R. Mátos-Perez, J. J. Wilker, Macromolecules 2012, 45, 6634.
30. a) C. R. Mátos-Perez, J. D. White, J. J. Wilker, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9498
31. b) G. Westwood, T. N. Horton, J. J. Wilker, Macromolecules 2007, 40, 3960
32. c) R. Cristescu, I. N. Mihailescu, I. Stamatin, A. Doraiswamy, R. J. Narayan, G. Westwood, J. J. Wilker, S. Stafslien, B. Chisholm, D. B. Chrisey, Appl. Surf. Sci. 2009, 255, 5496
33. d) Z. Yang, R. Pelton, Macromol. Rapid Commun. 1998, 19, 241
34. e) X. D. Pan, Z. Q. Qin, Y. Y. Yan, P. Sadhukhan, Polymer 2010, 51, 3453
35. f) H. Xu, J. Nishida, W. Ma, H. Wu, M. Kobayashi, H. Otsuka, A. Takahara, ACS Macro Lett. 2012, 1, 457.
36. J. D. White, J. J. Wilker, Macromolecules 2011, 44, 5085.
37. K. Yamada, T. H. Chen, G. Kumar, O. Vesnovsky, L. D. T. Topoleski, G. F. Payne, Biomacromolecules 2000, 1, 252.
38. a) P. Y. Sun, L. Y. Tian, Z. Zheng, X. L. Wang, Acta. Polym. Sin. 2009, 803
39. b) Y. Peng, Z. Zheng, P. Y. Sun, X. L. Wang, T. K. Zhang, New J. Chem. 2013, 37, 729.
40. a) J. H. Ryu, Y. Lee, W. H. Kong, T. G. Kim, T. G. Park, H. Lee, Biomacromolecules 2011, 12, 2653
41. b) N. Holten-Andersen, M. J. Harrington, H. Birkedal, B. P. Lee, P. B. Messersmith, K. Y. C. Lee, J. H. Waite, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 2651
42. c) B. P. Lee, C. Y. Chao, F. N. Nunalee, E. Motan, K. R. Shull, P. B. Messersmith, Macromolecules 2006, 39, 1740
43. d) S. Hong, K. Yang, B. Kang, C. Lee, I. T. Song, E. Byun, K. I. Park, S. W. Cho, H. Lee, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1774
44. e) C. Lee, J. Shin, J. S. Lee, E. Byun, J. H. Ryu, S. H. Um, D. I. Kim, H. Lee, S. W. Cho, Biomacromolecules 2004, 14, 2004.
45. a) J. L. Dalsin, B. H. Hu, B. P. Lee, P. B. Messersmith, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4253
46. b) A. R. Statz, R. J. Meagher, A. E. Barron, P. B. Messersmith, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7972
47. c) J. Y. Wach, B. Malisova, S. Bonazzi, S. Tosatti, M. Textor, S. Zurcher, K. Gademann, Chem.-Eur. J. 2008, 14, 10579
48. d) S. Saxer, C. Portmann, S. Tosatti, K. Gademann, S. Zurcher, M. Textor, Macromolecules 2010, 43, 1050
49. e) H. Lee, K. D. Lee, K. B. Pyo, S. Y. Park, H. Lee, Langmuir 2010, 26, 3790.
50. a) L. H. He, D. E. Fullenkamp, J. G. Rivera, P. B. Messersmith, Chem. Commun. 2011, 47, 7497
51. b) M. Krogsgaard, M. A. Behrens, J. S. Pedersen, H. Birkedal, Biomacromolecules 2013, 14, 297.
52. a) K. H. Bae, Y. B. Kim, Y. Lee, J. Hwang, H. Park, T. G. Park, Bioconjugate Chem. 2010, 21, 505
53. b) C. Yang, G. L. Liang, K. M. Xu, P. Gao, B. Xu, J. Mater. Sci. 2009, 44, 1894
54. c) E. Amstad, T. Gillich, I. Bilecka, M. Textor, E. Reimhult, Nano Lett. 2009, 9, 4042
55. d) L. Zhang, H. Xue, C. L. Gao, L. Carr, J. N. Wang, B. C. Chu, S. Y. Jiang, Biomaterials 2010, 31, 6582.
56. a) Y. Wan, D. Zhang, Y. Wang, P. Qi, B. R. Hou, Biosens. Bioelectron. 2011, 26, 2595
57. b) N. D. Brault, C. L. Gao, H. Xue, M. Piliarik, J. Homola, S. Y. Jiang, Q. M. Yu, Biosens. Bioelectron. 2010, 25, 2276
58. c) M. Y. Hong, J. Y. Chang, H. C. Yoon, H. S. Kim, Biosens. Bioelectron. 2002, 17, 13
59. d) C. G. Bauer, A. V. Eremenko, E. EhrentreichForster, F. F. Bier, A. Makower, H. B. Halsall, W. R. Heineman, F. W. Scheller, Anal. Chem. 1996, 68, 2453.
60. a) T. H. Anderson, J. Yu, A. Estrada, M. U. Hammer, J. H. Waite, J. N. Israelachvili, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4196
61. b) J. Xue, T. Wang, J. Nie, D. Z. Yang, J. Photochem. Photobiol., B 2013, 119, 31
62. c) B. J. Sparks, E. F. T. Hoff, L. P. Hayes, D. L. Patton, Chem. Mater. 2012, 24, 3633.
63. J. Scheirs, Compositional and Failure Analysis of Polymers: A Practical Approach, John Wiley & Sons, Ltd., New York, NY 2000.
64. a) S. A. Burke, M. Ritter-Jones, B. P. Lee, P. B. Messersmith, Biomed. Mater. 2007, 2, 203
65. b) C. E. Brubaker, P. B. Messersmith, Biomacromolecules 2011, 12, 4326.
66. L. Ninan, J. Monahan, R. L. Stroshine, J. J. Wilker, R. Y. Shi, Biomaterials 2003, 24, 4091.
67. L. Ninan, R. L. Stroshine, J. J. Wilker, R. Shi, Acta Biomater. 2007, 3, 687.
68. B. Yang, D. G. Kang, J. H. Seo, Y. S. Choi, H. J. Cha, Biofouling 2013, 29, 483.
69. Y. F. Ai, Y. H. Wei, J. Nie, D. Z. Yang, J. Photochem. Photobiol., B 2013, 120, 183.
70. a) D. Kaneko, S. Q. Wang, K. Matsumoto, S. Kinugawa, K. Yasaki, D. H. Chi, T. Kaneko, Polym. J. 2011, 43, 855
71. b) N. Hiraishi, D. Kaneko, S. Taira, S. Wang, M. Otsuki, J. Tagami, J. Investigative Clin. Dentistry 2013, 4, 1.
72. C. L. Jenkins, H. J. Meredith, J. J. Wilker, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5091.
73. a) J. Monahan, J. J. Wilker, Chem. Commun. 2003, 1672
74. b) J. Monahan, J. J. Wilker, Langmuir 2004, 20, 3724.
75. M. J. Sever, J. T. Weisser, J. Monahan, S. Srinivasan, J. J. Wilker, Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 448.
76. a) L. M. Hight, J. J. Wilker, J. Mater. Sci. 2007, 42, 8934
77. b) E. Loizou, J. T. Weisser, A. Dundigalla, L. Porcar, G. Schmidt, J. J. Wilker, Macromol. Biosci. 2006, 6, 711.
78. a) B. Liu, L. Burdine, T. Kodadek, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15228
79. b) C. E. Brubaker, H. Kissler, L. J. Wang, D. B. Kaufman, P. B. Messersmith, Biomaterials 2010, 31, 420.
80. T. H. Yoon, C. A. Arnold-Mckenna, J. E. McGrath, J. Adhes. 1992, 39, 15.
81. a) P. E. Cassidy, J. M. Johnson, C. E. Locke, J. Adhes. 1972, 4, 183
82. b) R. D. Adams, J. Coppendale, V. Mallick, H. Alhamdan, Int. J. Adhes. Adhes. 1992, 12, 185.
83. E. Sancaktar, H. S. Jozavi, R. M. Klein, J. Adhes. 1983, 15, 241.
84. a) S. Y. Fu, X. Q. Feng, B. Lauke, Y. W. Mai, Composites, Part B 2008, 39, 933
85. b) L. I. Rueda, C. C. Anton, M. C. T. Rodriguez, Polym. Compos. 1988, 9, 198
86. c) A. R. Studart, Adv. Mater. 2012, 24, 5024.
87. E. M. Petrie, Handbook of Adhesives and Sealants, McGraw Hill, New York 2007.
88. P. Godard, Y. Bomal, J. J. Biebuyck, J. Mater. Sci. 1993, 28, 6605.
89. a) B. T. Poh, P. G. Lee, S. C. Chuah, Express Polym. Lett. 2008, 2, 398
90. b) D. Vrsaljko, S. L. Blagojevic, M. Leskovac, V. Kovacevic, Mater. Res. Innovations 2008, 12, 40
91. c) V. Kovacevic, S. Lucic, D. Hace, Z. Cerovecki, J. Adhes. Sci. Technol. 1996, 10, 1273.
92. R. M. Rowell, T. P. Schultz, R. Narayan, Emerging Technologies for Materials and Chemicals from Biomass, American Chemical Society, Washington, DC 1992.
93. R. D. Adams, Adhesive Bonding. Science, Technology and Applications, CRC Press, New York 2005.
94. a) K. Sever, M. Sarikanat, Y. Seki, V. Cecen, I. H. Tavman, J. Mater. Sci. 2008, 43, 4666
95. b) H. Nakatani, K. Hashimoto, K. Miyazaki, M. Terano, J. Appl. Polym. Sci. 2009, 113, 2022
96. c) S. L. Blagojevic, V. Kovacevic, M. Leskovac, D. Vrsaljko, V. Volovsek, C. Nover, E-Polymers 2004.
97. A. K. Bledzki, J. Gassan, Prog. Polym. Sci. 1999, 24, 221.
98. R. G. Raj, B. V. Kokta, in ACS Symp. Ser. Vol. 476, 1992, 76.
99. A. V. Pocius, Adhesion and Adhesives Technology: An Introduction, Hanser Gardner Publishers, Inc., Cincinnati, OH 2002.
100. E. Santaniello, A. Manzocchi, C. Farachi, Synthesis-Stuttgart 1980, 563.
101. T. Okimoto, D. Swern, J. Am. Oil Chem. Soc. 1977, 54, A862.
102. Americal Society for Testing and Materials (ASTM) Standard D2651, Preparation of Metal Surfaces for Adhesive Bonding, ASTM International, West Conshohocken, PA 2008.
103. Americal Society for Testing and Materials (ASTM) Standard D1002-10, Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal), ASTM International, West Conshohocken, PA 2010.