章魚，不僅是吃貨們喜愛的海鮮，也是科學家們鍾愛的模仿對象。它們的噴墨水、變色以及快速退遊等技能，給了科學家們不少啟發。近日，韓國成均館大學（Sungkyunkwan University）的Changhyun Pang教授等人再次「偷師」章魚，並收穫Nature 論文一篇。他們在章魚腕足吸盤微觀結構的啟發下，仿生製備了具有超強粘附特性的「吸盤貼」（adhesive patch）。該吸盤貼製作簡單，在乾燥、潮溼、水下甚至油相環境下仍具有優秀的粘附性，能夠多次循環可逆使用，並且不會給材料表面帶來任何汙染。
「Hi，人類學生」。圖片來自網絡
依靠表面間的機械聯鎖或分子引力的粘附策略，一旦遇到液體往往都會出問題，粘合強度下降，使用壽命縮短。舉個最簡單的例子，浴室裡用的帶背膠或帶吸盤的粘鉤，往往隔三差五就會從瓷磚牆面上掉下來。浴室裡的粘鉤掉了不會帶來太大損失，但工業生產以及交通運輸中的粘附失效，往往會引起較大的麻煩。到目前為止，科學家們開發了多種粘合劑來解決問題，比如包含多級蘑菇形或多孔結構具有吸力或毛細作用力的粘合劑，包含納米顆粒的超分子結構粘合劑，以及使用多種蛋白質聚電解質的粘合劑等等。但是開發一種製備簡便、成本低、環境適應性強且能夠有效避免粘合材料表面汙染的新型粘合劑仍是一項極具挑戰性的課題。Changhyun Pang教授等人從章魚捕食及移動過程受到啟發，仔細研究了普通章魚（Octopus vulgaris）腕足吸盤的微觀結構——頂端開孔，底部卻有一個球狀突起。這種結構或許就是章魚在水下依然可以牢牢抓緊獵物的「秘密」。
章魚吸盤的微觀結構。圖片來源：Nature
研究人員隨後「山寨」這種結構，以多孔矽基底為模，製備了具有章魚仿生結構（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，有利於乾濕環境下均保持較好的吸力。整個製備過程（如下圖c）未涉及繁瑣的合成及表面修飾步驟，方法簡便，適用於大規模高效生產。這種仿生吸盤貼還可以用於潮溼、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（下圖e/f）。
仿章魚吸盤的OIA吸盤貼的製備過程及微結構。圖片來源：Nature
研究團隊對具有不同微結構陣列的s-PUA貼進行粘附力對比測試。研究發現，s-PUA貼仿章魚吸盤的結構中的微米級球狀凸起能夠有效增加結構陣列的界面粘附力。進一步測試表明，具有球狀凸起結構的仿生吸盤貼在乾燥環境、潮溼環境都有良好表現，甚至在水下及油相中這種仿生吸盤貼對矽片、玻璃及粗糙基底等材料的表面都呈現出較強的可逆粘附作用。並且，在多次重複循環測試過程中，貼片的粘附性能表現穩定。研究團隊進一步採用該仿生吸盤貼進行實際應用測試，在空氣氛圍和水相都能夠實現大尺寸矽片（8 inch）的高效轉移，且轉移過程中能夠有效保持矽片表面清潔，應用前景廣闊。
OIA仿生吸盤貼在不同環境條件下的粘附性能及實際應用測試。圖片來源：Nature
在論文中，Changhyun Pang教授等人還對OIA仿生吸盤貼在潮溼環境下良好粘附性能背後的機理進行了深入研究，在此不做贅述。
談到用途，作者認為這種仿生吸盤貼可在臨床上用於人類皮膚，代替如今「粘上容易撕下難」的各種醫用粘合劑，還有可能結合幹細胞或藥物來促進傷口癒合。
總之，Changhyun Pang教授等人通過仿生章魚吸盤微結構，開發了一種製備簡單、粘附力超強的聚合物基粘合貼。基於材料表面複合微觀結構陣列的構築，賦予材料較強的界面粘附性能，該策略拓展了不同材料間有效粘接的方法和途徑，同時克服了傳統的粘合劑製備方法存在的諸多缺陷和應用範圍限制。
不知道這個idea是不是在某個燒烤攤上妙手偶得……
原文（掃描或長按二維碼，識別後直達原文頁面）：
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）
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