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如何摆脱一只贻贝的纠缠？骗它！

来源: X-MOL 2017-08-29 14:30:23

贻贝对于所有固体都有谜之依恋，遇上了就死缠烂打、粘上不放。这种不怕水、强度高、适用范围广的神奇粘附能力引起了研究者的注意，这几年科研界也跟贻贝尬上了。2007年Science上一篇仿贻贝粘附蛋白的论文火遍了大江南北（Science, 2007, 318, 426-430），而“Mussel-inspired”一词频频出现在各类材料化学期刊上，让人不由觉得——除了好吃，原来贻贝还有这么多功用。科学家还发现贻贝所分泌的粘附蛋白包括不同类型的氨基酸，其中多巴（dopa，3,4-二羟基苯丙氨酸）对其水下粘附能力起到关键的作用（Science, 2015, 349, 628-632，点击阅读相关）。但不是所有人都喜欢贻贝的超强粘附能力，尤其在航海相关行业，贻贝附着在船身所带来的生物污染是一个令人头痛的问题，清理起来十分麻烦而且花费颇巨。

为解决上述问题，新加坡南洋理工大学Ali Miserez、美国哈佛大学Joanna Aizenberg以及德国埃尔朗根-纽伦堡大学Nicolas Vogel等研究人员研究了贻贝对于润滑剂灌注材料（lubricant-infused materials）表面的粘附行为，从而提出了一种有效的抗贻贝粘附策略。

润滑剂灌注表面作为新型抗污涂层近几年受到研究者的广泛关注，这类表面通常有两种：一种是经过一定化学修饰且具有粗糙结构的表面，可通过范徳华力和毛细作用将灌注的液体润滑剂扩散并锁留在表面；另一种则是聚合物网络结构如凝胶，其可通过吸收液体润滑剂来达到上述效果。尽管都是润滑剂灌注表面，两者的弹性模量差别较大。因此，在本研究中，作者通过二氧化硅纳米粒子自组装构建了粗糙表面并吸入硅油，得到第一种润滑剂灌注表面（i-LBL）；通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）网络吸收硅油得到了第二种表面（i-PDMS）。然后作者将这两种表面与两种成熟的商用抗污染涂层Intersleek700（IS700）和Intersleek900（IS900）进行了比较。研究者设计了一块由不同材料随机拼成的表面，让翡翠贻贝（Perna viridis）可以自由移动和选择。实验结果表明i-PDMS表面上的粘附斑（adhesive plaque）最少，表现出最好的抗粘附效果。

在贻贝宏观粘附强度的测试中，i-PDMS表面上的贻贝粘附强度也最低，依次为：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）。作者还用MALDI-TOF质谱检测了贻贝粘附斑脱落之后残留在表面上的粘附蛋白（Pvfps）含量，i-PDMS表面上均无粘附蛋白残留，这也说明i-PDMS表面具有很好的抗粘附效果。

作者还在马萨诸塞州Scituate Harbor的海水中对i-PDMS、PDMS和IS900表面进行了长时间粘附野外实验。在16个星期的真实海洋环境中，i-PDMS表面体现出了十分卓越的抗粘附性能，仅有数个贻贝粘附，而IS900表面以及PDMS表面上粘附的贻贝数目则是i-PDMS表面的4倍及30倍左右。

作者通过对粘附过程的进一步研究，揭示了润滑剂灌注表面抗粘附的机理。一方面，贻贝在粘附的过程中伸出丝足接触到材料表面分泌粘附蛋白进行粘附，而贻贝的粘性分泌物接触到润滑剂灌注表面时，遇到的是一个纳米尺度的固/液表面，无法完全替代其中稳定的润滑剂层，粘附斑就无法正常形成。这样就降低了粘附强度。另外一方面，贻贝的腹足存在瞬时受体电位（transient receptor potential，TRP）通道，这些蛋白对于贻贝的机械传感十分关键。贻贝腹足接触到润滑剂灌注表面时，所受到的压力并不能像接触到固体表面那样激活这些通道蛋白，也就不会激活贻贝随后的粘附行为。这样就减少了粘附的发生。

也就是说，在贻贝接触到润滑剂灌注表面之时，它的感觉是“软软的”，不太像它最中意的固体表面，于是绝大部分贻贝会抛弃这里另寻栖身之地；极少数贻贝因为各种原因就想粘附在这“软软的”表面上，但滑溜溜的润滑剂层让它们分泌的粘合剂基本失效，根本粘不牢。

材料学

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