可以建房子的“超級膠水”

田蓉

沙塔蠕蟲的巢穴

沙塔蠕蟲的筑巢法寶

沙塔蠕蟲是一類獨特的海洋生物，它頭部的一個器官可以在海水中分泌天然黏液。這種黏液能將沙粒與貝殼碎片牢牢地固定在一起，從而建造出堅固無比的管狀巢穴——這些巢穴位于潮間帶，在海風和海浪的沖擊下，依然能巋然不動。

沙塔蠕蟲分泌的黏液為何有如此強大的粘合力呢？這可能與其黏液中的一些蛋白質有關。這些蛋白質有的帶正電荷，有的帶負電荷，彼此之間相互吸引，緊緊“團結”在一起。

“超級膠水”誕生記曾經的嘗試

水泥是一種粉狀膠凝材料，在其中加水攪拌形成漿體，抹在磚、石等材料之間，待其硬化之后，便可以將磚、石牢牢結合在一起。但水泥的生產不僅要消耗大量能源，還會對環境產生污染，因此，人類盼望著可以有新的建筑材料替代傳統水泥。

仿生黏合劑的研發過程（繪圖/ 閆麗真）

此前，有科學家利用殼聚糖（存在于甲殼類動物中的一種聚合物）和海藻酸鹽（存在于海藻中的一種聚合物）制作出黏合劑，并成功用它把諸如沙粒、粉塵等顆粒結合起來。不過，如果直接將這樣制成的材料運用到建筑物中，還是缺了點“硬氣”——它們的機械強度（指材料受外力作用時，其單位面積上所能承受的最大負荷）不大，建造出來的房屋不夠堅固。

向沙塔蠕蟲學習

受沙塔蠕蟲分泌的黏液的啟發，研究人員把殼聚糖替換為季銨化殼聚糖，再與海藻酸鹽按一定比例混合，得到了“硬氣十足”的帶有正、負電荷的生物基仿生黏合劑（以下簡稱“仿生黏合劑”）。其中，季銨化殼聚糖帶正電，海藻酸鹽帶負電——這種帶正、負電荷的生物聚合物，就像沙塔蠕蟲的黏液一樣，可以通過正、負電荷的相互作用將沙粒牢固地結合在一起。

不僅如此，在大自然當中普遍存在的固體顆粒（例如沙漠砂、礦物殘渣、混凝土渣等）都帶有負電。因此，如果把它們與仿生黏合劑溶液按一定的比例混合，得到的材料中便出現了兩種電荷相互作用：一種是仿生黏合劑中帶正、負電荷的生物聚合物即季銨化殼聚糖和海藻酸鹽之間的相互作用，另一種則是仿生黏合劑與顆粒間的相互作用。

同時，仿生黏合劑中還存在大量氫鍵（一種分子間或分子內的相互作用力），也可以增加材料的機械強度。由于這些相互作用力的存在，使用仿生黏合劑將沙粒、煤渣、礦渣等固體顆粒粘合得到的材料抗壓性能非常不錯，具備了成為建筑材料的基本條件。用電子顯微鏡可以看到，這些顆粒緊緊貼在一起，難舍難分。

給材料罩個“盾”

要想把這種低碳建筑材料應用于實際，光是機械強度大還不夠，還需要為其添加“護盾”——在材料表面涂一層防水保護層。這樣，即使在水里浸泡兩周，材料也基本沒什么影響。

除了檢測這種材料的機械強度和防水性，科學家還模擬了紫外線致使材料老化的條件，把該材料在60攝氏度條件下紫外線照射1000小時。面對如此嚴苛的條件，這種材料居然毫無損傷，足見其抗老化性能也十分優秀。

沙塔蠕蟲和人類建筑——這兩個看似完全不搭邊的事物，通過科學家的觀察力和想象力碰撞出了美麗的火花。或許有一天，我們可以看到仿生黏合劑在建筑行業中獨當一面，為更加綠色的地球添磚加瓦。

（責任編輯 / 代竹蕊? 美術編輯 / 周游）