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  “我要一步一步往上爬，在最高點乘著葉片往上飛”——《蝸牛》這首歌曲揭示了一個自然現象——蝸牛能粘附在物體的表面，拖著沉重的身體向上運動。其中，有一小部分的蝸牛具有超強的粘附能力，其中就包括法國料理中讓人瑟瑟發抖卻又頻發真香警告的食用蝸牛。它們可以利用 “冬蓋”（epiphragm）結構（也就是干燥后的粘液）將自己粘附在樹上，這種粘附力大到只有用鑿子才能把它們取下來。

食用蝸牛（Helix aspersa）的冬蓋結構（順便吐槽一句：筆者作為一個吃貨一直覺得這東西吃起來和中國的螺螄差不多）。圖片來源：PNAS

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

PHEMA水凝膠超級粘合劑。圖片來源：PNAS

  想象一下當你發快遞裝箱，或是要在表格上貼照片時，突然發現沒有膠帶或是膠水，尷尬不？……沒錯，你只能看著它們一聲嘆息。雖然都只是日常小物件，但是粘合劑確實是人類生活的剛需用品之一。古人類在20萬年前就開始嘗試從樺樹皮中提取膠水，中國古人更是用面粉調制出了糨糊。但是目前的粘合劑很難調和粘附強度與可逆性之間的矛盾：很多強力膠（比如502膠）的粘合是不可逆的，當你把被502膠粘著的東西取下來時，往往會破壞粘合面（想想小時候被502支配的恐懼經歷吧……）；而便利貼上是可逆的，能重復使用，你可以很輕松地把便利貼從書上取下來然后再貼到桌子上，但是便利貼的粘性有限，很有可能幾天后就會脫落下來。所以，研發出能夠在粘附強度與可逆性之間達到平衡的粘合劑，具有非常大的現實意義。

  Shu Yang教授團隊所開發的粘合劑PHEMA是一種富含羥基的聚合物，從分類上來說是一種水凝膠。和所有的水凝膠一樣，在吸水時PHEMA會變得柔軟，而干燥后會變硬，但是與眾不同的是，該材料在干燥后體積不會縮小，同時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構，PHEMA可以適應多種界面，不論是平滑的玻璃界面還是凹凸不平的墻面，都可以實現有效的粘合，因此具有廣泛的應用前景。當不再需要粘性時，只需要向粘合的地方滴一些水，PHEMA就會在幾分鐘后恢復柔軟的狀態并失去粘附力。粘性的可逆是PHEMA水凝膠的一大特點，但是最最重要的還是該材料出色的粘性，否則該研究也不會發表在PNAS上。

PHEMA水凝膠超級粘合劑在不平整表明上的應用。圖片來源：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了一年的時間才找到合適的方法精確地計量出其粘性。因為粘性太大，大部分被PHEMA水凝膠粘住的物體在還沒有被拉開前就已經被破壞。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量PHEMA水凝膠粘附力的裝置結構。圖片來源：PNAS

  為了讓這個驚人的數據更加直觀一些，Yang課題組的研究生Jason Jolly勇敢地充當了志愿者，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……）。

把學生粘在墻上。圖片來源：PNAS

  至于可逆性，作者也進行簡單的展示，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。圖片來源：PNAS

  當然了，PHEMA水凝膠并不完美，正是其可逆性成為了它最大的弱點。因為濕水就會失去粘性，而水在生活中又太過常見，所以限制了PHEMA水凝膠的應用場景。就拿筆者所在的江南地區來說，常年空氣濕度50%以上，梅雨時節更是連綿大半個月的陰雨，在沒有烘干設備的年代恨不得被子里都能擠出水來。在這樣的環境下，PHEMA水凝膠顯然是很難有用武之地的。雖然這樣的材料的應用場景一定不會是日常生活，更多的是工業生產、精密制造等需要在多種表面之間實現超強粘合的領域，但是很多精密儀器要嚴格干燥，如果只是制造的過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教授的課題組也關注到了這個問題，在展望該研究時提出，后續的研究方向將著力于開發利用有機溶劑、光、電等途徑實現可逆步驟的超級粘合劑。

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

  在應用材料領域，大自然為研究者提供了取之不盡的SCI寶庫，就拿本文提到的粘合劑，其實生活中很多動物、昆蟲都有著這方面的能力，比如壁虎、貽貝、章魚、蟑螂、鼻涕蟲等。這說明師法自然確實是科學研究的重要法門，這也是個不在實驗室干活出門散心的好借口——在自然中尋找科研靈感！

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