盤點來自“潔癖”生物的仿生學靈感

（本文出自《知識就是力量》雜誌，作者：昆陵）

蓮花為何出污泥而不染? 海豚身上為何不附生物? 鮑魚的強度為何極高? ……變化無窮的生物結構形式及生化過程令人類自嘆弗如, 又靈感叢生, 從而正在開創出仿生材料的新時代。

蓮花為何出污泥而不染？

蓮花是純潔的象徵, 卻生長在泥沼中。德國一位植物學家耗時20年, 用電子顯微鏡觀察了上千種植物的表面結構, 最終揭示出蓮花自潔的秘密。他發現錶面光滑的植物葉子都需清洗后才能置於顯微鏡下觀察, 而表面覆蓋一層極薄臘晶體的葉子, 卻乾乾淨淨。原來, 蓮花的葉面上有一層表面微小突起的臘晶體, 就像佈滿釘子的板。落在葉面上的灰塵污垢在這些小突起上搖搖欲墜。當水滴滾過葉面時, 就卷起這些沒粘牢的灰塵, 把它們帶走。微小的臘晶體使葉面變得粗糙, 這是蓮花具有抗污機理的關鍵。目前,蓮花效應被應用於人類生活品中,如汽車漆、壓縮赫土瓦、屋頂板等等。

海豚身上為何不附生物？

無獨有偶, 海豚及魚類也保潔有術, 因為同樣在水中, 魚類及海豚總是那麼乾淨, 而船只的外殼卻很快被覆蓋了大量的藻類、微生物和其他貝殼類動物。根據常識, 人們會以為那是由於魚類和海豚身體表面光滑, 但科學家卻不以為然。在2001年, 德國科學家證實, 海豚、鯨類與陸生哺乳動物一樣, 其皮膚受到作用的保護。在它們的皮膚上相當於生物“洗滌劑” , 抑制了微生物的附。

模仿海豚皮膚的抗污原理, 科學家認為借助可生物降解的混合涂料, 製成“天然”抗污品, 以避免用污染環境的有毒油漆來保護船體。涂料會逐漸損耗, “皮膚”表面因而會永葆清潔。

海豚皮膚為3層: 黑色表皮層極光滑柔軟, 第2層是生有無數乳頭狀中空的突起物的白色真皮層, 其間充滿液體, 第3層為厚脂肪層, 富有彈性。這種生物結構使它在游泳時, 皮膚能順從水的壓力而波動, 阻力甚小, 使海豚游得很快。找到海豚游得快的原因, 人造海豚皮因而問世, 人造海豚皮裏面也有無數微小而中空的橡膠乳頭,內有一種黏性液體在小孔中自由流動。把人造海豚皮用於魚雷表面、艦船等, 都可大大提高航速。

動物界的“超級水泥”

貽貝是種雙類動物, 它能牢固地吸附在船、碼頭和海水中的其他物體上。貽貝的足上有一種微小的器官, 能分泌稱作足絲的膠。它由4個結合在一起的蛋白質在第5個起催化作用之蛋白質的參與下生成。這種超粘度分泌液特別有效, 在海水中也能把貽貝牢牢地“拴”在各種物體上。

藤也與貽貝一樣, 能生“超級水泥”。它生活在近岸地帶, 常附在船身上。這種小動物在成熟初期, 能分泌一種粘液, 能將其終生固定在一處。模仿藤粘液製成的粘合劑抗張強度極高, 適用在0-205 ℃ 的溫度範圍內, 用來粘接建築結構單元十分理想。

從貝殼到坦克裝甲

小小的軟體動物也是仿生學的一大研究對象。除了薄結構和超粘度分泌液外, 貝殼的強度也大有文章。貝殼主要成分是硅酸鹽, 同傳統水泥相同, 但其強度比飛機玻璃還高。原來, 貝殼內硅酸鹽間空隙很小。為此, 人們在製造水泥時充分攪拌, 排盡空氣, 再加人一種聚合凝膠, 消除了水泥顆料間的空隙, 使顆粒間緊聚在一體, 水泥的強度大為提高鮑魚是自然界最硬最耐磨的物質之一。

在顯微鏡下, 科學家發現鮑魚就像磚牆: 一層層超薄的碳酸鈣好比是磚, 不到億分之一米厚的有機蛋白質層好比是水泥, 把碳酸鈣緊緊連接在一起, 使鮑魚強度與高級陶瓷相媲美, 又不像陶瓷脆而易碎。人們正模仿鮑魚用自組裝聚合物製造仿生多層結構。美國已研製成用新型的多層復合材料製作坦克裝甲。

自然界為仿生學提供了無窮無盡的寶貴原型, 而人類也應該思考下如何回報大自然。