“偷师”章鱼的Nature：简单“吸盘贴”，水下也可用

章鱼，不仅是吃货们喜爱的海鲜，也是科学家们钟爱的模仿对象。它们的喷墨水、变色以及快速退游等技能，给了科学家们不少启发。近日，韩国成均馆大学（Sungkyunkwan University）的Changhyun Pang教授等人再次“偷师”章鱼，并收获Nature 论文一篇。他们在章鱼腕足吸盘微观结构的启发下，仿生制备了具有超强粘附特性的“吸盘贴”（adhesive patch）。该吸盘贴制作简单，在干燥、潮湿、水下甚至油相环境下仍具有优秀的粘附性，能够多次循环可逆使用，并且不会给材料表面带来任何污染。

“Hi，人类学生”。图片来自网络

依靠表面间的机械联锁或分子引力的粘附策略，一旦遇到液体往往都会出问题，粘合强度下降，使用寿命缩短。举个最简单的例子，浴室里用的带背胶或带吸盘的粘钩，往往隔三差五就会从瓷砖墙面上掉下来。浴室里的粘钩掉了不会带来太大损失，但工业生产以及交通运输中的粘附失效，往往会引起较大的麻烦。到目前为止，科学家们开发了多种粘合剂来解决问题，比如包含多级蘑菇形或多孔结构具有吸力或毛细作用力的粘合剂，包含纳米颗粒的超分子结构粘合剂，以及使用多种蛋白质聚电解质的粘合剂等等。但是开发一种制备简便、成本低、环境适应性强且能够有效避免粘合材料表面污染的新型粘合剂仍是一项极具挑战性的课题。Changhyun Pang教授等人从章鱼捕食及移动过程受到启发，仔细研究了普通章鱼（Octopus vulgaris）腕足吸盘的微观结构——顶端开孔，底部却有一个球状突起。这种结构或许就是章鱼在水下依然可以牢牢抓紧猎物的“秘密”。

章鱼吸盘的微观结构。图片来源：Nature

研究人员随后“山寨”这种结构，以多孔硅基底为模，制备了具有章鱼仿生结构（octopus-inspired architecture，OIA）阵列的聚氨酯丙烯酸酯（s-PUA）吸盘贴。s-PUA透气率低，有利于干湿环境下均保持较好的吸力。整个制备过程（如下图c）未涉及繁琐的合成及表面修饰步骤，方法简便，适用于大规模高效生产。这种仿生吸盘贴还可以用于潮湿、不平整的表面，比如人类会出汗的皮肤（下图d），贴上和揭下都很容易。而OIA阵列是这种良好性能的基础（下图e/f）。

仿章鱼吸盘的OIA吸盘贴的制备过程及微结构。图片来源：Nature

研究团队对具有不同微结构阵列的s-PUA贴进行粘附力对比测试。研究发现，s-PUA贴仿章鱼吸盘的结构中的微米级球状凸起能够有效增加结构阵列的界面粘附力。进一步测试表明，具有球状凸起结构的仿生吸盘贴在干燥环境、潮湿环境都有良好表现，甚至在水下及油相中这种仿生吸盘贴对硅片、玻璃及粗糙基底等材料的表面都呈现出较强的可逆粘附作用。并且，在多次重复循环测试过程中，贴片的粘附性能表现稳定。研究团队进一步采用该仿生吸盘贴进行实际应用测试，在空气氛围和水相都能够实现大尺寸硅片（8 inch）的高效转移，且转移过程中能够有效保持硅片表面清洁，应用前景广阔。

OIA仿生吸盘贴在不同环境条件下的粘附性能及实际应用测试。图片来源：Nature

在论文中，Changhyun Pang教授等人还对OIA仿生吸盘贴在潮湿环境下良好粘附性能背后的机理进行了深入研究，在此不做赘述。

谈到用途，作者认为这种仿生吸盘贴可在临床上用于人类皮肤，代替如今“粘上容易撕下难”的各种医用粘合剂，还有可能结合干细胞或药物来促进伤口愈合。

总之，Changhyun Pang教授等人通过仿生章鱼吸盘微结构，开发了一种制备简单、粘附力超强的聚合物基粘合贴。基于材料表面复合微观结构阵列的构筑，赋予材料较强的界面粘附性能，该策略拓展了不同材料间有效粘接的方法和途径，同时克服了传统的粘合剂制备方法存在的诸多缺陷和应用范围限制。

不知道这个idea是不是在某个烧烤摊上妙手偶得……

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A wet-tolerant adhesive patch inspired by protuberances in suction cups of octopi

Nature, 2017, 546, 396-400, DOI: 10.1038/nature22382

（本文由甲子湖供稿）