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如何擺脫一只貽貝的糾纏？騙它！

來(lái)源: X-MOL 2017-08-29 14:30:23

貽貝對(duì)于所有固體都有謎之依戀，遇上了就死纏爛打、粘上不放。這種不怕水、強(qiáng)度高、適用范圍廣的神奇粘附能力引起了研究者的注意，這幾年科研界也跟貽貝尬上了。2007年Science上一篇仿貽貝粘附蛋白的論文火遍了大江南北（Science, 2007, 318, 426-430），而“Mussel-inspired”一詞頻頻出現(xiàn)在各類(lèi)材料化學(xué)期刊上，讓人不由覺(jué)得——除了好吃，原來(lái)貽貝還有這么多功用。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)貽貝所分泌的粘附蛋白包括不同類(lèi)型的氨基酸，其中多巴（dopa，3,4-二羥基苯丙氨酸）對(duì)其水下粘附能力起到關(guān)鍵的作用（Science, 2015, 349, 628-632，點(diǎn)擊閱讀相關(guān)）。但不是所有人都喜歡貽貝的超強(qiáng)粘附能力，尤其在航海相關(guān)行業(yè)，貽貝附著在船身所帶來(lái)的生物污染是一個(gè)令人頭痛的問(wèn)題，清理起來(lái)十分麻煩而且花費(fèi)頗巨。

為解決上述問(wèn)題，新加坡南洋理工大學(xué)Ali Miserez、美國(guó)哈佛大學(xué)Joanna Aizenberg以及德國(guó)埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Nicolas Vogel等研究人員研究了貽貝對(duì)于潤(rùn)滑劑灌注材料（lubricant-infused materials）表面的粘附行為，從而提出了一種有效的抗貽貝粘附策略。

潤(rùn)滑劑灌注表面作為新型抗污涂層近幾年受到研究者的廣泛關(guān)注，這類(lèi)表面通常有兩種：一種是經(jīng)過(guò)一定化學(xué)修飾且具有粗糙結(jié)構(gòu)的表面，可通過(guò)范徳華力和毛細(xì)作用將灌注的液體潤(rùn)滑劑擴(kuò)散并鎖留在表面；另一種則是聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如凝膠，其可通過(guò)吸收液體潤(rùn)滑劑來(lái)達(dá)到上述效果。盡管都是潤(rùn)滑劑灌注表面，兩者的彈性模量差別較大。因此，在本研究中，作者通過(guò)二氧化硅納米粒子自組裝構(gòu)建了粗糙表面并吸入硅油，得到第一種潤(rùn)滑劑灌注表面（i-LBL）；通過(guò)聚二甲基硅氧烷（PDMS）網(wǎng)絡(luò)吸收硅油得到了第二種表面（i-PDMS）。然后作者將這兩種表面與兩種成熟的商用抗污染涂層Intersleek700（IS700）和Intersleek900（IS900）進(jìn)行了比較。研究者設(shè)計(jì)了一塊由不同材料隨機(jī)拼成的表面，讓翡翠貽貝（Perna viridis）可以自由移動(dòng)和選擇。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明i-PDMS表面上的粘附斑（adhesive plaque）最少，表現(xiàn)出最好的抗粘附效果。

在貽貝宏觀粘附強(qiáng)度的測(cè)試中，i-PDMS表面上的貽貝粘附強(qiáng)度也最低，依次為：i-PDMS（3.4 ± 2.0 kPa） < IS900（8.1 ± 3.2 kPa）< IS700（20.2 ± 7.4 kPa）< i-LBL（20.8 ± 3.6 kPa）。作者還用MALDI-TOF質(zhì)譜檢測(cè)了貽貝粘附斑脫落之后殘留在表面上的粘附蛋白（Pvfps）含量，i-PDMS表面上均無(wú)粘附蛋白殘留，這也說(shuō)明i-PDMS表面具有很好的抗粘附效果。

作者還在馬薩諸塞州Scituate Harbor的海水中對(duì)i-PDMS、PDMS和IS900表面進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間粘附野外實(shí)驗(yàn)。在16個(gè)星期的真實(shí)海洋環(huán)境中，i-PDMS表面體現(xiàn)出了十分卓越的抗粘附性能，僅有數(shù)個(gè)貽貝粘附，而IS900表面以及PDMS表面上粘附的貽貝數(shù)目則是i-PDMS表面的4倍及30倍左右。

作者通過(guò)對(duì)粘附過(guò)程的進(jìn)一步研究，揭示了潤(rùn)滑劑灌注表面抗粘附的機(jī)理。一方面，貽貝在粘附的過(guò)程中伸出絲足接觸到材料表面分泌粘附蛋白進(jìn)行粘附，而貽貝的粘性分泌物接觸到潤(rùn)滑劑灌注表面時(shí)，遇到的是一個(gè)納米尺度的固/液表面，無(wú)法完全替代其中穩(wěn)定的潤(rùn)滑劑層，粘附斑就無(wú)法正常形成。這樣就降低了粘附強(qiáng)度。另外一方面，貽貝的腹足存在瞬時(shí)受體電位（transient receptor potential，TRP）通道，這些蛋白對(duì)于貽貝的機(jī)械傳感十分關(guān)鍵。貽貝腹足接觸到潤(rùn)滑劑灌注表面時(shí)，所受到的壓力并不能像接觸到固體表面那樣激活這些通道蛋白，也就不會(huì)激活貽貝隨后的粘附行為。這樣就減少了粘附的發(fā)生。

也就是說(shuō)，在貽貝接觸到潤(rùn)滑劑灌注表面之時(shí)，它的感覺(jué)是“軟軟的”，不太像它最中意的固體表面，于是絕大部分貽貝會(huì)拋棄這里另尋棲身之地；極少數(shù)貽貝因?yàn)楦鞣N原因就想粘附在這“軟軟的”表面上，但滑溜溜的潤(rùn)滑劑層讓它們分泌的粘合劑基本失效，根本粘不牢。

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