章魚，不僅是吃貨們喜愛的海鮮，也是科學(xué)家們鐘愛的模仿對象。它們的噴墨水、變色以及快速退游等技能，給了科學(xué)家們不少啟發(fā)。近日，韓國成均館大學(xué)（Sungkyunkwan University）的Changhyun Pang教授等人再次“偷師”章魚，并收獲Nature 論文一篇。他們在章魚腕足吸盤微觀結(jié)構(gòu)的啟發(fā)下，仿生制備了具有超強(qiáng)粘附特性的“吸盤貼”（adhesive patch）。該吸盤貼制作簡單，在干燥、潮濕、水下甚至油相環(huán)境下仍具有優(yōu)秀的粘附性，能夠多次循環(huán)可逆使用，并且不會給材料表面帶來任何污染。
“Hi，人類學(xué)生”。圖片來自網(wǎng)絡(luò)
依靠表面間的機(jī)械聯(lián)鎖或分子引力的粘附策略，一旦遇到液體往往都會出問題，粘合強(qiáng)度下降，使用壽命縮短。舉個(gè)最簡單的例子，浴室里用的帶背膠或帶吸盤的粘鉤，往往隔三差五就會從瓷磚墻面上掉下來。浴室里的粘鉤掉了不會帶來太大損失，但工業(yè)生產(chǎn)以及交通運(yùn)輸中的粘附失效，往往會引起較大的麻煩。到目前為止，科學(xué)家們開發(fā)了多種粘合劑來解決問題，比如包含多級蘑菇形或多孔結(jié)構(gòu)具有吸力或毛細(xì)作用力的粘合劑，包含納米顆粒的超分子結(jié)構(gòu)粘合劑，以及使用多種蛋白質(zhì)聚電解質(zhì)的粘合劑等等。但是開發(fā)一種制備簡便、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且能夠有效避免粘合材料表面污染的新型粘合劑仍是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的課題。Changhyun Pang教授等人從章魚捕食及移動(dòng)過程受到啟發(fā)，仔細(xì)研究了普通章魚（Octopus vulgaris）腕足吸盤的微觀結(jié)構(gòu)——頂端開孔，底部卻有一個(gè)球狀突起。這種結(jié)構(gòu)或許就是章魚在水下依然可以牢牢抓緊獵物的“秘密”。
章魚吸盤的微觀結(jié)構(gòu)。圖片來源：Nature
研究人員隨后“山寨”這種結(jié)構(gòu)，以多孔硅基底為模，制備了具有章魚仿生結(jié)構(gòu)（octopus-inspired architecture，OIA）陣列的聚氨酯丙烯酸酯（s-PUA）吸盤貼。s-PUA透氣率低，有利于干濕環(huán)境下均保持較好的吸力。整個(gè)制備過程（如下圖c）未涉及繁瑣的合成及表面修飾步驟，方法簡便，適用于大規(guī)模高效生產(chǎn)。這種仿生吸盤貼還可以用于潮濕、不平整的表面，比如人類會出汗的皮膚（下圖d），貼上和揭下都很容易。而OIA陣列是這種良好性能的基礎(chǔ)（下圖e/f）。
仿章魚吸盤的OIA吸盤貼的制備過程及微結(jié)構(gòu)。圖片來源：Nature
研究團(tuán)隊(duì)對具有不同微結(jié)構(gòu)陣列的s-PUA貼進(jìn)行粘附力對比測試。研究發(fā)現(xiàn)，s-PUA貼仿章魚吸盤的結(jié)構(gòu)中的微米級球狀凸起能夠有效增加結(jié)構(gòu)陣列的界面粘附力。進(jìn)一步測試表明，具有球狀凸起結(jié)構(gòu)的仿生吸盤貼在干燥環(huán)境、潮濕環(huán)境都有良好表現(xiàn)，甚至在水下及油相中這種仿生吸盤貼對硅片、玻璃及粗糙基底等材料的表面都呈現(xiàn)出較強(qiáng)的可逆粘附作用。并且，在多次重復(fù)循環(huán)測試過程中，貼片的粘附性能表現(xiàn)穩(wěn)定。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用該仿生吸盤貼進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測試，在空氣氛圍和水相都能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸硅片（8 inch）的高效轉(zhuǎn)移，且轉(zhuǎn)移過程中能夠有效保持硅片表面清潔，應(yīng)用前景廣闊。
OIA仿生吸盤貼在不同環(huán)境條件下的粘附性能及實(shí)際應(yīng)用測試。圖片來源：Nature
在論文中，Changhyun Pang教授等人還對OIA仿生吸盤貼在潮濕環(huán)境下良好粘附性能背后的機(jī)理進(jìn)行了深入研究，在此不做贅述。
談到用途，作者認(rèn)為這種仿生吸盤貼可在臨床上用于人類皮膚，代替如今“粘上容易撕下難”的各種醫(yī)用粘合劑，還有可能結(jié)合干細(xì)胞或藥物來促進(jìn)傷口愈合。
總之，Changhyun Pang教授等人通過仿生章魚吸盤微結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種制備簡單、粘附力超強(qiáng)的聚合物基粘合貼。基于材料表面復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)陣列的構(gòu)筑，賦予材料較強(qiáng)的界面粘附性能，該策略拓展了不同材料間有效粘接的方法和途徑，同時(shí)克服了傳統(tǒng)的粘合劑制備方法存在的諸多缺陷和應(yīng)用范圍限制。
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