壁虎仿生学：蜘蛛侠的梦想应该不远了吧?

　　

生物通报道：壁虎脚趾上与众不同的绒毛使其能够单脚悬挂于陡峭的墙壁，或者在天花板上自由穿梭。目前，来自加州大学伯克力分校的研究小组模仿壁虎脚趾绒毛，设计出一种具有高摩擦系数的合成微纤（synthetic micro-fibers）。文章刊登于8月份《Physical Review Letters》。

壁虎的脚趾上附有数百万被称为刚毛（setae）的微绒毛，在每个刚毛的末梢都有十亿左右的分支。研究证实这些刚毛组成的网络与物体表面之间的分子间键合作用主要是通过范德华力维持。范德华力只是存在于两个距离极近的物体之间，当数百万的刚毛聚集在一起时，它们之间会产生强大的范德华力，力的大小是壁虎悬挂于墙壁所需要的一千多倍。并且壁虎可以任意地吸附、离开物体表面，其中的原理目前还不为人知。

 

由伯克力分校研究人员Ronald Fearing研制的这种新型材料具有高度摩擦系数，在一定范围的高负荷状态下不会延斜坡滑下来。研究人员发现聚丙烯纤维（polypropylene fibers）构成的合成天线阵（synthetic array）可以使1/4克的重物“吸附”于80度斜坡上，但此吸附与胶带的黏附效果不同。这种列阵上，平均每平方厘米面积聚集有四千二百万聚丙烯纤维，每个纤维长度为20微米，直径为0.6微米（发丝直径的1/100）。Fearing 说：“这个发明是正在进行的关于壁虎吸附功能研究的一个重要里程碑。”但是研究人员谨慎地评价此新材料不同于壁虎的刚毛，没有黏附性。黏附性是指一种物体抵抗从另一种物体表面上被拽下来的能力，而摩擦力是指物体在另一物体表面有抵抗向前或向后拖拉的能力。因此，人类不能期望利用此微纤实现“蜘蛛侠”的梦想。伯克力研究小组研究生Carmel Majidi说：“最终我们所得到的是一种高摩擦系数的材料，因为能够在一定程度上限制物体运动，所以也达到了某种吸附效果。”

 

这些微纤列阵（micro-fiber arrays）具有很大的实际应用价值。高摩擦系数、低黏附系数是运动鞋、汽车轮胎和一些运动装备所追求的特点。目前，微纤列阵正用于加工这些产品所需的软材料（如橡胶）的开发中。但是研究人员强调，这种材料的抗高温能力和耐磨损能力不如硬度较高的聚合材料好。

 

Fearing 说：“通过调整橡胶的化学成分比例，你可以任意控制摩擦系数和黏附系数。对于微纤列阵来说，我们只需改变其几何性质和机械性质。比如，厚一点、粗一点的纤维的摩擦系数就比较小。”另外，高摩擦系数的橡胶倾向于“黏附”，这种聚丙烯微纤是一种新型材料，显示了比没有黏附作用的橡胶的优越性。

 

研究受到国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)和美国国家科学基金委员会(National Science Foundation)资助。（生物通记者 子元）