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智能水凝膠黏附材料（圖片來源：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所官網(wǎng)）

還記得小時候看《西游記》，總幻想孫悟空的毫毛能變出萬能膠，想粘就粘，想松就松。誰能想到，科學(xué)家真把這“魔幻劇情”變成了現(xiàn)實(shí)。中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所周峰團(tuán)隊(duì)聯(lián)手西北工業(yè)大學(xué)的科研人員，從壁虎、樹蛙這些自然界的“黏附大師”身上取經(jīng)，研發(fā)出一種用光遙控的神奇“智能膠水”——光控水凝膠。這項(xiàng)藏著大學(xué)問的研究成果，近日發(fā)表在《化學(xué)與生物工程》期刊上。

自然界“黏附大師”有何秘籍

要說光控水凝膠為啥這么厲害，還得從自然界的“黏附大師”說起。壁虎能在玻璃上倒掛，樹蛙能在濕漉漉的葉片上穩(wěn)如泰山，靠的是什么？仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，壁虎腳掌上密密麻麻長著幾百萬根納米級的剛毛，靠著分子間的范德華力（分子間的吸引力），不用一滴膠水就能牢牢貼在墻上；樹蛙更絕，它腳掌上的微米溝槽搭配自分泌的黏液，就算環(huán)境再潮濕也掉不下來?？茖W(xué)家一看，這不就是現(xiàn)成的“萬能膠”設(shè)計(jì)圖嗎？

可真要把這些生物結(jié)構(gòu)復(fù)刻到人造材料上，其實(shí)是很難的。壁虎剛毛的納米級制造工藝，成本高得嚇人；樹蛙的黏液分泌系統(tǒng)，復(fù)雜得讓人摸不著頭腦。周峰團(tuán)隊(duì)干脆換了個思路：不非得長得像，抓住核心功能才是王道。他們設(shè)計(jì)出一種摻了光熱納米顆粒（四氧化三鐵）的水凝膠，用紅外光當(dāng)“遙控器”，徹底改變了膠水的玩法。

這光控水凝膠的原理，說起來就像一場微觀世界的“分子舞臺劇”。水凝膠表面有兩撥“演員”：負(fù)責(zé)黏附的兒茶酚基團(tuán)，就像一雙雙“小抓手”；負(fù)責(zé)保護(hù)的羧（suō）酸基團(tuán)，好比一把把“小雨傘”。平時沒光照的時候，“小雨傘”收得好好的，“小抓手”大大方方伸出去，見啥粘啥；一旦紅外光照過來，光熱納米顆粒就像是被按下開關(guān)的小太陽，迅速把光能轉(zhuǎn)化成熱能。這一加熱不要緊，水凝膠里的分子們開始“變隊(duì)形”，“小雨傘”撐開，把“小抓手”遮得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，黏性自然就消失了。

團(tuán)隊(duì)剛開始還以為黏性降低是因?yàn)楸砻鏉B水搗亂，后來深入研究才發(fā)現(xiàn)，水分子居然還偷偷引發(fā)了分子構(gòu)象的大變化，這才是調(diào)控黏附的關(guān)鍵。

神奇膠水能派上啥用場

這么神奇的材料，能派上啥用場？在醫(yī)療領(lǐng)域，平常撕醫(yī)用膠布，那酸爽勁兒不少人都體驗(yàn)過，稍不注意還可能把皮膚扯紅。要是用上光控水凝膠敷料，醫(yī)生拿紅外光筆輕輕一掃，敷料的黏性立馬下降，揭起來幾乎沒啥感覺，還能保持傷口濕潤，加速愈合。

在機(jī)器人領(lǐng)域，那更是打開了新世界的大門。以前軟體機(jī)器人想爬墻，得背著笨重的電磁吸附系統(tǒng)，又費(fèi)電又不靈活。現(xiàn)在給機(jī)器人裝上光控水凝膠做成的“仿生足墊”，一束光就能讓它在墻上想粘就粘、想走就走，甚至在水下也能正常工作。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的吳思團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā)，用材料組裝出能走迷宮的可重構(gòu)水凝膠機(jī)器人。

往長遠(yuǎn)看，我們?nèi)粘Ｓ玫闹悄苁直怼⒔】当O(jiān)測貼片，以后說不定都能換上光控水凝膠。這樣，既不用擔(dān)心膠布過敏，又能根據(jù)需要緊密貼合皮膚。日本的科研團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出了能完全回收的光控膠水，用紫外線一照就能“復(fù)位”，膠水和基材都能接著用，環(huán)保又省錢。

光控水凝膠不僅解決了傳統(tǒng)黏附材料的“痛點(diǎn)”，更重要的是打開了一個全新的研究方向。以往我們總在材料的靜態(tài)性能上打轉(zhuǎn)，現(xiàn)在這種能動態(tài)調(diào)控的智能材料，就像給科研人員遞上了一把“金鑰匙”。

未來，通過優(yōu)化材料配方、探索更低能耗的控制方式，或許能讓這些智能材料真正成為人體的“柔性關(guān)節(jié)”。

（來源：科技日報(bào) 作者：段躍初 系中國未來研究會會員、中國科普作家協(xié)會會員）

責(zé)編：伍芳芳

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