Page 138 - 《摩擦学学报》2020年第6期
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第 6 期 彭宪宇, 等: 海洋生物水下粘附机理及仿生研究 821
1.3 基于黏液-吸盘协同作用 争粘附蛋白的基本残基，从而使管足脱附 [77] . 但是
[74]
1.3.1 海胆 Lebesgue等 研究发现在粘附过程中管足细胞分泌多
如图6(a)所示，海胆的外观像1个长满刺的球，这 种不同的蛋白质，这证实了在粘附过程中确实有黏液
些所谓的“刺”其实是海胆的管足. 海胆的运动、附着 类物质帮助粘附，而且在脱附过程中发现有四种酶蛋
等活动都需要利用管足结构实现，并且可以通过分泌 白的表达以及参与，这解释了为何在脱附以后会有足
[74]
不同成分的黏液来调控管足的粘附和脱附行为 . 海 迹状物质残留在被附着表面，同时研究结果证实了第
胆的粘附机理与章鱼类似，其管足的吸盘状结构对于 一种假设.
粘附起到了一定的促进作用，利用负压进行吸附 [74-75] . 1.3.2 鲍鱼
[76]
Santos等 发现管足端部盘状结构是一种具有黏弹性 鲍鱼是海洋中常见的软体腹足动物，它利用身体
的软质结构，可以适应不同粗糙度的接触表面. 其具 的腹足将自己固定在栖息地的岩石底部，鲍鱼腹足表
体粘附过程如图6(c)所示，首先管足在接触表面进行 皮分泌的黏液略带黏性，结合腹足利用负压产生的吸
贴附，并且由周围浓密的微观绒毛分泌黏液形成密 附力，可以保持所需要的附着状态；当需要更换固定
[78]
封，然后由提肌拉动膈膜，形成负压，脱附过程与粘附 位置时，可通过腹足的波浪状收缩来进行移动 ，并
[75]
过程相反 . 由此可见，虽然海胆可以利用管足吸盘 利用连接外壳和腹足的柱状肌肉的收缩进行吸附力
[79]
状结构进行负压吸附，但管足分泌的黏液对粘附和脱 的调控 ；在逃生时，通过外壳升高和腹足的剧烈波
[81]
[80]
附行为起了很重要的作用. 海胆的黏液作用目前主要 动实现快速脱附 . 鲍鱼的粘附力非常强，Li等 通过
包括两种假设：一种假设是粘附材料为一种蛋白质-多 自主研发的粘附力测试装置，系统测量了鲍鱼在水
糖复合物，这种材料将管足表面的绒毛层与被粘附表 下、水上和不同接触表面上的垂直及剪切粘附力. 其
面膜连接起来，由管足内的神经分泌细胞分泌蛋白酶 中，垂直方向的平均粘附强度为95.9 kPa，是其自重的
溶解蛋白质脱附；另外一种假设为粘附细胞分泌粘附 360倍；剪切方向的粘附强度为53.4 kPa，约为其自重
蛋白，这些蛋白通过赖氨酸、精氨酸残基在绒毛被膜 的200倍. 鲍鱼的强粘附力与腹足微米级刚毛结构密
[82]
(足部角质层的外层)和表面膜之间形成静电键，然后 不可分，如图7(c~d)所示. Lin等 利用原子力显微镜
由脱附细胞释放酸性粘多糖与表层的阴离子位点竞 对鲍鱼足部单根刚毛进行力曲线测试发现，范德华力
(a) (b)
500 μm
(c)
A B C D E F
[74-75]
Fig. 6 (a) Appearance of sea urchin；(b) Micrograph of tube foot；(c) Tube foot attachment process
图 6 (a) 海胆的外观；(b) 管足的微观图；(c) 管足的附着过程 [74-75]
