http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2015-04-26
（本文出自《知识就是力量》杂志，作者：昆陵）
莲花为何出污泥而不染? 海豚身上为何不附着生物? 鲍鱼壳的强度为何极高? ……变化无穷的生物结构形式及生化过程令人类自叹弗如, 又灵感丛生, 从而正在开创出仿生材料的新时代。
莲花为何出污泥而不染？
莲花是纯洁的象征, 却生长在泥沼中。德国一位植物学家耗时20年, 用电子显微镜观察了上千种植物的表面结构, 最终揭示出莲花自洁的秘密。他发现表面光滑的植物叶子都需清洗后才能置于显微镜下观察, 而表面覆盖着一层极薄腊晶体的叶子, 却干干净净。原来, 莲花的叶面上有一层表面微小突起的腊晶体, 就像布满钉子的板。落在叶面上的灰尘污垢在这些小突起上摇摇欲坠。当水滴滚过叶面时, 就卷起这些没粘牢的灰尘, 把它们带走。微小的腊晶体使叶面变得粗糙, 这是莲花具有抗污机理的关键。目前,莲花效应被应用于人类生活产品中,如汽车漆、压缩赫土瓦、屋顶板等等。
海豚身上为何不附着生物？
无独有偶, 海豚及鱼类也保洁有术, 因为同样在水中, 鱼类及海豚总是那么干净, 而船只的外壳却很快被覆盖了大量的藻类、微生物和其他贝壳类动物。根据常识, 人们会以为那是由于鱼类和海豚身体表面光滑, 但科学家却不以为然。在2001年, 德国科学家证实, 海豚、鲸类与陆生哺乳动物一样, 其皮肤受到酶作用的保护。酶在它们的皮肤上相当于生物“洗涤剂” , 抑制了微生物的附着。
模仿海豚皮肤的抗污原理, 科学家认为借助可生物降解的混合涂料, 制成“天然”抗污产品, 以避免用污染环境的有毒油漆来保护船体。涂料会逐渐损耗, “皮肤”表面因而会永葆清洁。
海豚皮肤为3层: 黑色表皮层极光滑柔软, 第2层是生有无数乳头状中空的突起物的白色真皮层, 其间充满液体, 第3层为厚脂肪层, 富有弹性。这种生物结构使它在游泳时, 皮肤能顺从水的压力而波动, 阻力甚小, 使海豚游得很快。找到海豚游得快的原因, 人造海豚皮因而问世, 人造海豚皮里面也有无数微小而中空的橡胶乳头,内有一种黏性液体在小孔中自由流动。把人造海豚皮用于鱼雷表面、舰船等, 都可大大提高航速。
动物界的“超级水泥”
贻贝是种双壳类动物, 它能牢固地吸附在船、码头和海水中的其他物体上。贻贝的足上有一种微小的器官, 能分泌称作足丝的胶。它由4个结合在一起的蛋白质在第5个起催化作用之蛋白质的参与下生成。这种超粘度分泌液特别有效, 在海水中也能把贻贝牢牢地“拴”在各种物体上。
藤壳也与贻贝一样, 能产生“超级水泥”。它生活在近岸地带, 常附着在船身上。这种小动物在成熟初期, 能分泌一种粘液, 能将其终生固定在一处。模仿藤壳粘液制成的粘合剂抗张强度极高, 适用在0-205 ℃ 的温度范围内, 用来粘接建筑结构单元十分理想。
从贝壳到坦克装甲
小小的软体动物也是仿生学的一大研究对象。除了薄壳结构和超粘度分泌液外, 贝壳的强度也大有文章。贝壳主要成分是硅酸盐, 同传统水泥相同, 但其强度比飞机玻璃还高。原来, 贝壳内硅酸盐间空隙很小。为此, 人们在制造水泥时充分搅拌, 排尽空气, 再加人一种聚合凝胶, 消除了水泥颗料间的空隙, 使颗粒间紧聚在一体, 水泥的强度大为提高鲍鱼壳是自然界最硬最耐磨的物质之一。
在显微镜下, 科学家发现鲍鱼壳就像砖墙: 一层层超薄的碳酸钙好比是砖, 不到亿分之一米厚的有机蛋白质层好比是水泥, 把碳酸钙紧紧连接在一起, 使鲍鱼壳强度与高级陶瓷相媲美, 又不像陶瓷脆而易碎。人们正模仿鲍鱼壳用自组装聚合物制造仿生多层结构。美国已研制成用新型的多层复合材料制作坦克装甲。
自然界为仿生学提供了无穷无尽的宝贵原型, 而人类也应该思考下如何回报大自然。
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