Page 139 - 《摩擦学学报》2020年第6期

822 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

(a) (b)

10 μm

(c) (d)
Bristle

Substrate
F

R
φ Bristle

Slime
r
θ t
θ Y
1 μm
Substrate

Fig. 7 (a) Abalone gastropod；(b) Microstructure of the foot (scanning electron microscope)；(c) Single bristle of the foot
[81]
(scanning electron microscope)；(d) Contact form of the abalone adhesion interface
图 7 (a) 鲍鱼腹足；(b) 足部微结构(扫描电镜)；(c) 足部单根刚毛(扫描电镜)；(d) 鲍鱼粘附界面的接触形式 [81]
与毛细作用力是其微观粘附力的主要来源. 本课题组 起了人们的广泛关注. 目前在该领域的研究设计可以
在研究过程中观测到鲍鱼足部刚毛微结构周围充斥 归纳为两种类型：一种是基于DOPA的粘合剂设计，
着大量黏液，爬行后会留下黏液形成的足迹；而人为 另一种则是基于多种海洋生物分泌粘合剂的凝聚层
使得粘附在固体表面的鲍鱼脱离基底时，其黏液则呈 结构 .
[88]
白色半凝固状，不溶于水，且无论在空气中还是水下 DOPA在天然水下界面粘附现象中的多功能性使
都具有优异的粘附性能. 因此，除了足部微观结构，黏 得它成为仿生粘合剂研究工作的主要方向，设计水下
液的特殊性质也起到增强粘附的作用. Kuanpradit等 [83] 仿生粘合剂常用的方法是将多巴或儿茶酚功能团修
研究发现鲍鱼黏液中含有大量的水和一些多糖类聚 饰到水凝胶等本体材料中. 例如，Lee等 [89-90] 利用标准
合物，从而具有典型的“剪切稀化”现象，如蜗牛和蛞 肽化学方法将聚乙二醇(PEG)通过DOPA进行修饰，在
蝓的黏液一样，能从类固态转变成类流体 [84-87] ，并且其 氧化剂(NaIO )的作用下得到一种DOPA改性聚合物
4
性质可能与所受的剪应力、压力、溶液pH值、温度和盐 水凝胶，该水凝胶可以利用脂质体在环境温度下将氧
度等因素有关. 然而，到目前为止，关于鲍鱼黏液在其 化剂和DOPA改性的PEG隔离，而在体温下释放氧化
运动过程中状态改变的定量化研究尚未见报道，鲍鱼 剂快速生成水凝胶，在作为外科手术组织粘合剂应用
“粘附-脱附”的自主控制过程仍有待探索. 方面表现出优秀的组织粘附性和生物相容性，且无毒
无副作用. Wilker等 [91-93] 利用3，4-二羟基苯乙烯提供
2 水下粘附材料与结构的仿生研究
DOPA的交联和粘合性，以苯乙烯替代蛋白质骨架，通
2.1 仿生粘合剂 过共聚得到一种聚合物水凝胶，并在此基础上引入正
获得功能性水下粘合剂最直接的方法是利用海 电荷共聚，得到一种仿贻贝胶粘剂，该胶粘剂在原有
洋动物自身的粘附蛋白，然而，由于从贻贝和沙塔蠕 的基础上能够拥有更好的水下粘附性能. 在开发基于
虫中提取出来的数量有限，这使它成为一项相当艰巨 多巴的仿生粘合剂的同时，最近的研究方向也受到了
[94]
的任务. 因此，通过人工合成方法，开发仿生粘合剂引 凝聚层结构的启发. Shao等 设计了聚丙烯酸酯胶，