「小貽貝」——自然界的「大老師」

漫步于海岸邊，我們經常發現礁石上附著著一片片青黑色的「貝殼」，走過去細細看，有的密密地緊排在一起，有的孤零零，有的甚至已經死亡，但它們都緊緊與礁石「黏」在一起，不管是風吹日晒，還是潮起潮落，都與礁石「不離不棄」。

我們接著來聊這些青黑色的「貝殼」，其實它們的學名叫做「貽貝」，是一種常見的海生雙殼類軟體動物，在我國主要分布於黃海、渤海沿岸。貽貝是一種營養極為豐富的大眾海鮮，深受沿海人民的喜愛，比如酒蒸貽貝、干鍋貽貝、洋蔥炒貽貝、蒜蓉貽貝……總之就是蒸、炸、燉、煮，都很好吃！

圖片來自網路

好吃歸好吃，但是對於漁民來說，它們就沒那麼受歡迎了，因為它們老附著於船底，造成航行阻力增大，油耗升高；它們還喜歡附著於養殖網箱表面，造成水交換效率下降，水質變差。貽貝的附著能力如此之強，引來了科學家的關注。經過研究，科學家們發現，賦予貽貝在海水中強力的附著效果的是它足絲端部腺體分泌的富含多巴結構的黏附性蛋白。

圖1. 海岸礁石上的貽貝和它的足絲（圖片來源於網路）。

在日常生活中，我們會常常遇到水管漏水、魚缸破裂這些小煩惱，生活中大部分膠水在水中都粘不好。這都是因為水分子在裡面搗鬼，這些水分子往往會作為「隔絕介質」，讓膠水不能與粘結材料充分接觸，從而喪失了粘接性能。

受貽貝足絲高水下黏附性能的啟發，國內外科研人員設計製備出了各式各樣的能在水裡使用的「膠水」。不僅如此，科研人員們還希望能製備出能調節粘接強度的「膠水」，當需要它能夠高效率粘接時，能夠具有較強的黏附強度；不需要它粘接時，能夠較容易從表面脫離。

近期，中國科學院蘭州化學物理研究所周峰研究員與香港城市大學王鑽開教授，就設計製備了這樣一種仿生水下「膠水」。這種「膠水」不僅在水下具有較強的黏附性，更重要的是它在水下的黏附強度可以通過控制界面溫度進行可逆調節。通過控制「膠水」表面的水化與去水化，在表面形成或破壞「水隔離層」實現水下黏附強度「有」與「無」之間的控制。

而測試也表明，在較高溫度下這種「膠水」在表面具有較高的水性黏附強度，而在室溫環境下幾乎沒有黏附。而且，這種高黏附-低黏附強度轉變可以可逆調節很多次，幾乎不損失其水下黏附強度。將此材料塗覆於固體表面，通過控制表面溫度可以實現對物體的選擇性拾取。

圖2. 水下仿生可逆黏附「膠水」作用原理。（橙色六邊形代表「類多巴」黏性分子，綠色鏈條代表「膠水」中響應性聚合物分子，長得跟米奇頭似的是水分子。當25℃時，響應性聚合物鏈與水分子結合而溶脹並將黏性官能團覆蓋，使得「膠水」喪失黏性，而當溫度升至40℃時，響應性聚合物鏈與水分子脫離而收縮，部分粘性官能團再次暴露而使得「膠水」黏性恢復。）

圖3.水下仿生可逆黏附「膠水」選擇性拾取物體。(將「膠水」塗在上懸臂表面，通過控制上懸臂溫度實現對水下物體選擇性粘附。從圖中可以看到，25℃時，膠水粘接性低，而當溫度上升到40℃時，膠水就可以將兩個物體粘起來了。)

除此之外，這種「膠水」還不受基底材料的限制，在各類材料表面均具有水下黏附強度可逆調控性能。通過增加表面粗糙度，還可以提升該材料的黏附強度。通過調節溫敏高分子組成改變「膠水」的最低相轉變溫度，可以實現黏附強度溫度轉變點的調節。以上研究成果以Bio-inspired reversible underwater adhesive為題發表在Nature子刊Nat. Commun.上。

該材料有望應用於水下智能機器、生物醫藥等領域。

大自然是我們最好的老師，善於觀察身邊的事物，抱有好奇之心，你或許也會有驚奇的發現，獲取更多的靈感！

來源：中國科學院蘭州化學物理研究所

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