靈感來自動植物

昆陵

蓮花為何出污泥而不染？海豚身上為何不附著生物？鮑魚殼的強(qiáng)度為何極高？變化無窮的生物結(jié)構(gòu)形式及生化過程令人類自嘆弗如又靈感叢生。

蓮花出污泥而不染

蓮花是純潔的象征， 卻生長在泥沼中。德國一位植物學(xué)家耗時20年， 用電子顯微鏡觀察了上千種植物的表面結(jié)構(gòu)， 最終揭示出蓮花自潔的秘密。他發(fā)現(xiàn)，表面光滑的植物葉子都須清洗后才能置于顯微鏡下觀察， 而表面覆蓋著一層極薄臘晶體的葉子， 卻干干凈凈。原來， 蓮花的葉面上有一層表面微小突起的臘晶體， 就像布滿釘子的板。落在葉面上的灰塵污垢在這些小突起上搖搖欲墜。當(dāng)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(jī)理的關(guān)鍵。目前，蓮花效應(yīng)被應(yīng)用于人類生活產(chǎn)品中，如汽車漆、壓縮赫土瓦、屋頂板等等。

海豚皮膚很光潔

無獨有偶， 海豚及魚類也保潔有術(shù)，因為同樣在水中， 魚類及海豚總是那么干凈， 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(jù)常識，人們會以為那是由于魚類和海豚身體表面光滑導(dǎo)致的， 但科學(xué)家卻不這么看。2001年，德國科學(xué)家證實，海豚、鯨類與陸生哺乳動物一樣，其皮膚受到酶作用的保護(hù)。酶在它們的皮膚上相當(dāng)于生物“洗滌劑”，抑制了微生物的附著。

模仿海豚皮膚的抗污原理， 科學(xué)家認(rèn)為，應(yīng)該借助可生物降解的混合涂料制成“天然”抗污產(chǎn)品， 以避免用污染環(huán)境的有毒油漆來保護(hù)船體。涂料會逐漸損耗， “皮膚”表面因而會永葆清潔。

海豚皮膚分為3層：最外面的黑色表皮層極光滑柔軟；第2層是生有無數(shù)乳頭狀中空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(jié)構(gòu)使得皮膚能順從水的壓力而波動，阻力甚小，使海豚游得更快。找到海豚游得快的原因，人造海豚皮因而問世，人造海豚皮里面也有無數(shù)微小而中空的橡膠乳頭，內(nèi)有一種黏性液體在小孔中自由流動。將人造海豚皮用于魚雷、艦船等，可大大提高航速。

貽貝生產(chǎn)“超級水泥”

貽貝是一種雙殼類動物， 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， 能分泌被稱作足絲的膠。它由4個結(jié)合在一起的蛋白質(zhì)在第5個起催化作用的蛋白質(zhì)的參與下生成。這種超黏度分泌液特別有效， 在海水中也能把貽貝牢牢地“拴”在各種物體上。

藤殼也與貽貝一樣，能產(chǎn)生“超級水泥”。它生活在近岸地帶， 常附著在船身上。這種小動物在成熟初期能分泌一種黏液，能將其終生固定在一處。模仿藤殼黏液制成的黏合劑抗張強(qiáng)度極高，適用于0～205 ℃ 的溫度范圍，用來粘接建筑結(jié)構(gòu)單元十分理想。

貝殼又硬又耐磨

小小的軟體動物也是仿生學(xué)的一大研究對象。除了薄殼結(jié)構(gòu)和超黏度分泌液外， 貝殼的強(qiáng)度也大有文章。貝殼主要成分是硅酸鹽， 同傳統(tǒng)水泥相同，但其強(qiáng)度比飛機(jī)玻璃還高。原來，貝殼內(nèi)硅酸鹽間空隙很小。為此，人們在制造水泥時充分?jǐn)嚢?，排盡空氣，再加入一種聚合凝膠，消除水泥顆粒間的空隙，使顆粒緊緊聚在一起，大大提高水泥的強(qiáng)度。

鮑魚殼是自然界最硬最耐磨的物質(zhì)之一。在顯微鏡下，鮑魚殼就像磚墻：一層層超薄的碳酸鈣好比是磚，不到億分之一米厚的有機(jī)蛋白質(zhì)層好比是水泥，把碳酸鈣緊緊連接在一起，使鮑魚殼強(qiáng)度與高級陶瓷相媲美，又不像陶瓷那樣脆而易碎。人們正在模仿鮑魚殼，用自組裝聚合物制造仿生多層結(jié)構(gòu)。美國已研制成新型的多層復(fù)合材料，用來制作坦克裝甲。

編輯/王一鳴endprint