貽貝，咬定礁石不放松

Holiso

仔細觀察礁石上的貽貝，即便周圍不斷有水流沖擊，它們也總是能牢牢地貼在濕潤的、滑溜溜的巖石上，這是怎么做到的呢？美國科學家于近期探明了這一奧秘，并已開始在實驗室內模仿其中機制生產膠水。

揭開貽貝之謎

“在使用前，請確保被粘物表面的清潔和干燥，48小時后達到最佳粘貼強度?！比绻O貝也能表達自己的感受，這條標注在所有膠水瓶上的提示一定會令它們捧腹大笑。因為當海水漲潮時，這群不喜遷徙的生物能夠牢牢附著在巖礁之上，不管多么湍急的水流都無法將它們沖走，它們究竟有著怎樣的獨門絕技？

第一個嘗試揭開貽貝之謎的人是美國加州大學圣巴巴拉分校的赫伯特-韋特。他在20世紀70年代時，還是美國哈佛大學的研究生。他從那時起開始收集康乃狄克州海岸線上的貽貝，然后把它們帶回實驗室進行研究。他分析了貽貝那些“黏性線狀物”，也就是“足絲”的化學組成。貽貝就是依靠這些足絲，把自己固定在巖石上的。貽貝會通過某種類似于注塑生產的生理過程，制造出像頭發一樣纖細的足絲。它們強健的足部會生出溝渠，而它們會把液態的蛋白質擠壓到溝渠里，只需幾秒鐘時間，就能形成一條穩固的線狀物。每條線狀物的端點上都有一個黏性的“軟墊”，可以牢牢地吸附在巖石上，或者其他任何貽貝想要貼附的堅硬表面上。

物體間的黏合是一種發生在原子層面上的現象：兩個表面的原子相互吸引形成黏結。然而任何一個裸眼看來光滑如鏡的表面，放大到原子層面看，全都像布滿了高低起伏的山脈，這樣兩個表面是無法完全契合的。所以要用到一種中介，那就是我們所熟悉的膠水，它可以填補兩個表面之間的空隙，在需要黏合的物體之間盡可能地制造連接。

在水中用膠

如果在水中使用膠水……那你永遠也休想成功！因為膠水原子更易與水分子結合，而非物體表面。因此，如果你想將一物體固定在潮濕表面上，必須先等后者干燥。但對貽貝來說，這個問題不存在。赫伯特-韋特發現，貽貝的足絲能夠分泌一種具備三個分支結構的大分子，這種結構使分子們能夠互相勾連在一起；而在每個大分支的末端還有另外兩種小分子，分別是賴氨酸分子和多巴分子。正是多巴分子造就了貽貝神奇的黏性，不受水分子影響，能與潮濕的礁石表面緊密結合。至于賴氨酸分子，它的功能是清除礁石表面海水中的鹽分，僅起到輔助作用。

那么多巴分子為何具有如此強大的黏性呢？因為這是一種所謂的“極性分子”。在多巴分子中，氫原子分布在表面，氧原子處于核心；然而表面氫原子的電子易被氧原子吸引，導致這些氫原子極為渴求新的電子。當它們與某個擁有很多電子的原子距離不足0.25納米時，就會形成一座“橋”，稱為“氫鍵”?！皻滏I”不如膠水中的共價鍵牢固，但它有一項絕對優勢：比起水分子，氫鍵更易與巖石中的金屬氧化物結合。事實上，這些氧化物極化程度很高，氧原子的那些富余的、不必用于構成共價鍵的電子時刻準備與多巴分子中缺失負電子的氫原子結合。換言之，貽貝的“膠水”與水分子不怎么親近，倒是與礁巖更親密。

在貽貝足絲末端的每一個小圓片下都上演著同樣的場景：在這直徑不足2毫米的小小空間內，賴氨酸分子清除海水在巖石上留下的鹽分，多巴分子則施展“粘功”。這數以百計的黏足，就是貽貝在洶涌海浪中的安全帶！

未來造福人類

科學家自然又有了新的點子：能否發明一種基于氫鍵而非共價鍵的膠水，更通俗地說，一種適用于濕潤環境的膠水？如果能成功，那就可以粘合破損器官，而不需進行縫合；或許還可以直接在水中進行潛艇外殼的修復。起初，研究人員計劃提取并凈化貽貝的黏性分子，這樣便可獲得100%天然的強力膠水。理論上非常簡單，實際并不可行，因為這種方法成本過于高昂！于是科學家嘗試人工合成一種近似的黏性分子。貽貝的黏性分子中央是一“固”氧原子，研究人員用氮原子替代了氧原子，結果令人驚喜！新的分子不僅具有黏性，并且黏附力更強。這是因為，氮原子能使新分子構建出更多的氫鍵。

赫伯特·韋特實驗室的研究者們不僅在貽貝的啟發下發明了好幾種“貽貝膠水”，他們還開發出了一種富含鄰苯二酚、能夠自愈的聚合物。它的潛在應用包括制造人工膝蓋和髖關節，這樣幾乎不需要額外的手術就能維持正常。這種超強膠水還能協助治療動脈斑塊。在治療斑塊造成的血管狹窄時，醫生常會通過球囊和支架來擴張血管，支架還會包裹上抑制血管內皮增生的藥物。不過當它們被安置到位時，釋放出的藥物至少有95%都會被血流沖走。而采用特殊的生物膠水把藥物“粘住”，就可以大大減少藥物的浪費，并延長支架的使用時間。

貽貝膠水在潮濕環境中依然能發揮它的附著力，也不會引發難以解決的免疫反應。這其中包含一個很有前景的應用，就是在產前對胎兒進行手術（注：這種手術的目的是治療某些發育缺陷）。對胎兒進行手術一直是一個巨大的挑戰，因為包裹他們的胎膜特別脆弱，難以縫合。但是在貽貝膠水的幫助下，手術就容易多了。這種超強膠水比此前的同類產品黏性至少高出10倍，其低分子量和功能特性意味著能大大提高現有黏合劑的性能，同時有望被用于牙醫業、納米技術、水下維修等眾多領域。

（責任編輯：曹偉 責任校對：司明婧）