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  “我要一步一步往上爬，在最高點(diǎn)乘著葉片往上飛”——《蝸�！愤@首歌曲揭示了一個(gè)自然現(xiàn)象——蝸牛能粘附在物體的表面，拖著沉重的身體向上運(yùn)動(dòng)。其中，有一小部分的蝸牛具有超強(qiáng)的粘附能力，其中就包括法國(guó)料理中讓人瑟瑟發(fā)抖卻又頻發(fā)真香警告的食用蝸牛。它們可以利用 “冬蓋”（epiphragm）結(jié)構(gòu)（也就是干燥后的粘液）將自己粘附在樹(shù)上，這種粘附力大到只有用鑿子才能把它們?nèi)∠聛?lái)。

食用蝸牛（Helix aspersa）的冬蓋結(jié)構(gòu)（順便吐槽一句：筆者作為一個(gè)吃貨一直覺(jué)得這東西吃起來(lái)和中國(guó)的螺螄差不多）。圖片來(lái)源：PNAS

  受到蝸牛這種行為的啟發(fā)，賓夕法尼亞大學(xué)Shu Yang教授課題組研發(fā)了一種乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）交聯(lián)的聚（2-羥乙基甲基丙烯酸酯）（PHEMA）水凝膠超級(jí)粘合劑，不但具有超強(qiáng)粘性，而且粘附過(guò)程可逆，可輕松地取下。相關(guān)論文發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

PHEMA水凝膠超級(jí)粘合劑。圖片來(lái)源：PNAS

  想象一下當(dāng)你發(fā)快遞裝箱，或是要在表格上貼照片時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)沒(méi)有膠帶或是膠水，尷尬不？……沒(méi)錯(cuò)，你只能看著它們一聲嘆息。雖然都只是日常小物件，但是粘合劑確實(shí)是人類(lèi)生活的剛需用品之一。古人類(lèi)在20萬(wàn)年前就開(kāi)始嘗試從樺樹(shù)皮中提取膠水，中國(guó)古人更是用面粉調(diào)制出了糨糊。但是目前的粘合劑很難調(diào)和粘附強(qiáng)度與可逆性之間的矛盾：很多強(qiáng)力膠（比如502膠）的粘合是不可逆的，當(dāng)你把被502膠粘著的東西取下來(lái)時(shí)，往往會(huì)破壞粘合面（想想小時(shí)候被502支配的恐懼經(jīng)歷吧……）；而便利貼上是可逆的，能重復(fù)使用，你可以很輕松地把便利貼從書(shū)上取下來(lái)然后再貼到桌子上，但是便利貼的粘性有限，很有可能幾天后就會(huì)脫落下來(lái)。所以，研發(fā)出能夠在粘附強(qiáng)度與可逆性之間達(dá)到平衡的粘合劑，具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。

  Shu Yang教授團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的粘合劑PHEMA是一種富含羥基的聚合物，從分類(lèi)上來(lái)說(shuō)是一種水凝膠。和所有的水凝膠一樣，在吸水時(shí)PHEMA會(huì)變得柔軟，而干燥后會(huì)變硬，但是與眾不同的是，該材料在干燥后體積不會(huì)縮小，同時(shí)能夠保留粘合力將不同表面粘合在一起。由于具有水凝膠柔軟的結(jié)構(gòu)，PHEMA可以適應(yīng)多種界面，不論是平滑的玻璃界面還是凹凸不平的墻面，都可以實(shí)現(xiàn)有效的粘合，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)不再需要粘性時(shí)，只需要向粘合的地方滴一些水，PHEMA就會(huì)在幾分鐘后恢復(fù)柔軟的狀態(tài)并失去粘附力。粘性的可逆是PHEMA水凝膠的一大特點(diǎn)，但是最最重要的還是該材料出色的粘性，否則該研究也不會(huì)發(fā)表在PNAS上。

PHEMA水凝膠超級(jí)粘合劑在不平整表明上的應(yīng)用。圖片來(lái)源：PNAS

  這種PHEMA水凝膠的粘性非常大，大到Shu Yang教授的課題組的研究生花費(fèi)了一年的時(shí)間才找到合適的方法精確地計(jì)量出其粘性。因?yàn)檎承蕴�，大部分被PHEMA水凝膠粘住的物體在還沒(méi)有被拉開(kāi)前就已經(jīng)被破壞。最終該課題組利用制作防彈衣的凱夫拉纖維（Kevlar）定制了設(shè)備，才成功得到了PHEMA水凝膠的粘附力——驚人的2.3 GPa。

用凱夫拉纖維特制的計(jì)量PHEMA水凝膠粘附力的裝置結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：PNAS

  為了讓這個(gè)驚人的數(shù)據(jù)更加直觀一些，Yang課題組的研究生Jason Jolly勇敢地充當(dāng)了志愿者，用兩張郵票大小的PHEMA水凝膠將自己掛在了墻上（自行感受那尷尬又不失禮貌的笑容……）。

把學(xué)生粘在墻上。圖片來(lái)源：PNAS

  至于可逆性，作者也進(jìn)行簡(jiǎn)單的展示，只需滴上幾滴水，就可以在兩分鐘左右脫離。

PHEMA水凝膠粘上的重物加水即可脫離。圖片來(lái)源：PNAS

  當(dāng)然了，PHEMA水凝膠并不完美，正是其可逆性成為了它最大的弱點(diǎn)。因?yàn)闈袼蜁?huì)失去粘性，而水在生活中又太過(guò)常見(jiàn)，所以限制了PHEMA水凝膠的應(yīng)用場(chǎng)景。就拿筆者所在的江南地區(qū)來(lái)說(shuō)，常年空氣濕度50%以上，梅雨時(shí)節(jié)更是連綿大半個(gè)月的陰雨，在沒(méi)有烘干設(shè)備的年代恨不得被子里都能擠出水來(lái)。在這樣的環(huán)境下，PHEMA水凝膠顯然是很難有用武之地的。雖然這樣的材料的應(yīng)用場(chǎng)景一定不會(huì)是日常生活，更多的是工業(yè)生產(chǎn)、精密制造等需要在多種表面之間實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)粘合的領(lǐng)域，但是很多精密儀器要嚴(yán)格干燥，如果只是制造的過(guò)程中需要粘合的步驟然后再解除這種作用，顯然用水去解除并不合適。Shu Yang教授的課題組也關(guān)注到了這個(gè)問(wèn)題，在展望該研究時(shí)提出，后續(xù)的研究方向?qū)⒅τ陂_(kāi)發(fā)利用有機(jī)溶劑、光、電等途徑實(shí)現(xiàn)可逆步驟的超級(jí)粘合劑。

PHEMA水凝膠與其它粘合材料、具有較大彈性強(qiáng)度的材料的性能比較。圖片來(lái)源：PNAS

  在應(yīng)用材料領(lǐng)域，大自然為研究者提供了取之不盡的SCI寶庫(kù)，就拿本文提到的粘合劑，其實(shí)生活中很多動(dòng)物、昆蟲(chóng)都有著這方面的能力，比如壁虎、貽貝、章魚(yú)、蟑螂、鼻涕蟲(chóng)等。這說(shuō)明師法自然確實(shí)是科學(xué)研究的重要法門(mén)，這也是個(gè)不在實(shí)驗(yàn)室干活出門(mén)散心的好借口——在自然中尋找科研靈感！

  論文鏈接：https://www.pnas.org/content/116/28/13774