文章作者：方雨薇（18级硕士生）

指导老师：夏剑辉（特聘研究员）

　　人类最早使用的胶粘剂就取自于天然。在古代，动物明胶被用来作为“胶粘剂”使用。古希腊人用水做溶剂，将氧化铅和橄榄油混合在一起得到的膏状物质用作医用生物胶粘剂。在我国，用淀粉做粘合剂，制成治疗跌打损伤的粘合剂。上个世纪以来，高分子工业大大改善了人们的生活，合成胶粘剂的出现使得人们不用耗费周折采集自然界的胶粘剂原料，并且可以按需要设计出工业生产、生活需要的胶粘剂，弥补了天然胶粘剂的不足。但是，近些年来仿生胶粘剂的出现为我们设计高性能胶粘剂提供新思路。以下列举三种：

• 壁虎的脚

　　壁虎的脚趾有很多的学问，堪称为干性粘合剂。壁虎脚趾上有数百个拍状突起，每个皮瓣上都生有数百万刚毛，比人的头发要细10倍。在显微镜下面，能看到每一个刚毛末端又分成数百个直径只有几百纳米的更细的铲状丝，称为铲状匙突（spatulae）,能和攀爬物表面的分子发生引力作用。壁虎脚趾上细丝和墙壁分子引力之间的这种相互作用称为范德华力，这种引力能使它在玻璃上仅用一个脚趾就支撑起全部身体重量。这种“粘合剂”是单向的，壁虎每爬行一部都可产生这种粘力，但只要朝其他方向移动，粘力便消失。而其他我们遇到的胶粘剂，就像脚上粘着口香糖，你要用力压在表面，走路的时候再用力把脚抬起来。科学家从中得到灵感，比如，通过凸起凹陷设计增加胶粘剂和基材的表面积、将整块接触面分割成数量繁多的微小接触面等等。

• 章鱼的吸盘突起及仿生结构

　　这种头足类动物的触须上有着一套压力系统，这套系统由吸盘和它周围的肌肉组成。当章鱼想要抓住什么时，一组肌肉会控制吸盘收缩，盘壁上孔洞变小产生吸力，而放开东西时则会用到另一组肌肉进行相反的过程释放吸盘压力以便游走。章鱼的爪上有大量的吸盘，章鱼利用这些吸盘进行移动和捕食。而这些常见章鱼的吸盘十分有意思，吸盘中心有一处隆起。当吸盘在有液体的情况下被缓慢地按压到物体表面时，吸盘开始收缩，将内部的一些液体排出。而当吸盘再次扩展时，内部的压强要小于外部，从而导致更强的吸附。如果用更大的力量按压，这种仿生章鱼吸盘的中间突起会变平，向侧面铺开直到接触到吸盘边缘。这样就将吸盘分为上下两个空腔。毛细力会将液体提拉到上部的空腔中。当压力释放时，上部腔中液体分子间的吸附力将持续按压突起，使得上腔依然关闭而在下腔中造成极度低压的情况。两步吸附的过程解释了为什么仿生章鱼表面在使劲按压的情况下能够粘得更牢固，而具有其他结构的表面在使劲按压的情况下粘附效果并不会有任何增加。现在洗盘的设计被材料设计科学家所采纳。韩国成均馆大学的Changhyun Pang和他的同事们制备了一种聚合物表面，上面覆盖了成千上万个微型的章鱼吸盘仿制品，同样地吸盘中心也有隆起。研究人员测试了样品对硅片的粘附能力，与表面具有相同尺寸圆孔、实心圆柱和空心圆柱样品进行了比较。结果发现这种具有类似于章鱼结构的表面比其他表面要有效得多，无论是在潮湿环境还是完全浸入水中。同时，在常用作润滑剂的硅油中，样品依然能起到很强的粘附作用。

• 贻贝

儿茶酚主要的两种化学结构

　　海洋生物贻贝能够分泌富含多巴的蛋白质，可以在潮湿的环境夏牢固黏附于各种材料表面，这种在潮湿环境下的黏附性能符合组织粘合剂的粘合和密封。首先贻贝通过足腺分泌丝足，丝足末端的黏附盘黏附在基材表面，丝足中含有25-30种不同的蛋白，主要包括6种粘性蛋白。其中发挥作用的是含有儿茶酚结构的化合物，比如说能与金属离子形成可逆的有机金属络合物，被氧化的儿茶酚可以与很多基团反应形成共价键，儿茶酚本身可以与固体表面有氢键作用等。另外，贻贝足盘的黏附固话作用存在空间结构差异。在足盘不同部位，儿茶酚发生不同的反应，使其分泌物能够在1min内精确定位粘合-固化。科学家通过提取贻贝黏附蛋白，研制成功了 “cell tack”超强胶粘剂。另外还有模仿贻贝黏附蛋白分子结构开发的仿生材料，以及在传统的胶粘剂聚合物上修饰含有贻贝黏附蛋白相似结构的支链等等。

　　该软物质科普文章由华南软物质科学与技术高等研究院18级硕士生方雨薇写作，由其导师即华南软物质科学与技术高等研究院特聘研究员夏剑辉指导完成。夏剑辉长期从事软物质材料的工业应用以及相应的科学与工程问题研究，广泛涉及可控/活性高分子的合成与应用；光化学的工业应用；电子/半导体加工用高性能材料等。欢迎有志于相关科研领域的博士后、研究生和本科生加入夏剑辉课题组。（通讯员方雨薇 指导老师夏剑辉 华南软物质科学与技术高等研究院） 

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　　该篇科普文章已刊登于《中国报道》上。《中国报道》创建于1950年，由中共中央直属、国务院新闻办所属外宣机构——中国外文出版发行事业局（中国国际出版集团）主管。

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