近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所研究員吳天準(zhǔn)團隊開發(fā)了一種“青出于藍而勝于藍”的仿生微納結(jié)構(gòu)材料，該材料以低成本、可拉伸乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）高分子共聚物為襯底，利用微加工的微型蘑菇狀陣列，實現(xiàn)了7倍于壁虎腳掌粘附力的超強粘附力，法向粘附強度可達70 N/cm2，并可反復(fù)多次使用。同時，該材料還可貼附在各種曲面上，變身自清潔薄膜，實現(xiàn)對油和水的150°以上接觸角。相關(guān)研究成果以Reusable dry adhesives based on ethylene vinyl acetate copolymer with strong adhesion為題，作為封面論文發(fā)表在Wiley旗下Applied Polymer Science (10.1002/app.47296)上。該工作的前期成果先后獲評IEEE NMDC 2015國際會議的“最佳論文”及中國微米納米技術(shù)學(xué)術(shù)年會的“優(yōu)秀口頭報告獎”。

現(xiàn)實生活中壁虎的神奇游墻功，自古以來引起了人們極大的興趣。然而直到2000年，才由美國科學(xué)家首次證實其神奇的粘附力主要來自于壁虎腳掌極微細的剛毛與壁面之間的分子吸引力（范德華力）。科學(xué)家由此大開腦洞，用碳納米管、高分子等材料模仿其微米納米結(jié)構(gòu)，開發(fā)了各種仿生干膠，并在各種暫時或反復(fù)粘附的應(yīng)用中顯示出巨大的優(yōu)勢，包括傷口敷料、精密工程、機器人、可穿戴健康監(jiān)測等。但由于當(dāng)前仿生干膠存在著粘附性不高、易污染、易失效和加工成本高昂等問題，沒有得到廣泛應(yīng)用。

研究團隊摒棄了單純模仿壁虎剛毛的思路，采用微加工的蘑菇型結(jié)構(gòu)，蘑菇型的頂部薄層不僅可顯著增加柔性貼合面積，而且具備超疏水、超疏油的自清潔特性。此外，引入了可拉伸的EVA高分子材料，系統(tǒng)研究了這種新材料對于粘附力增強的力學(xué)模型和實驗，研究了微結(jié)構(gòu)尺寸、表面能等對粘附性能的影響，經(jīng)不斷優(yōu)化，這種新型干膠展現(xiàn)了高粘附、自清潔、可拉伸的優(yōu)異性能?；趫F隊自主開發(fā)的軟復(fù)制工藝(Journal of Materials Chemistry A 2014)，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為高結(jié)構(gòu)保真度的中間模板，將較為昂貴的硅片或光刻膠的精細微結(jié)構(gòu)，精確地轉(zhuǎn)移到成千上萬個廉價塑料材料上，從而大幅降低成本。

自清潔仿生壁虎干膠的性能及效果。(a)仿生干膠作為自清潔薄膜，可使得塑料曲面具備超疏水超疏油特性。（b）仿生干膠可承受100g重力。（c）微加工蘑菇型陣列。(d)考慮可拉伸特性的粘附/脫附模型。（e）論文封面效果圖，以蘑菇、雨水、油漆、壁虎、繩索等形象表達新型仿生干膠的疏水疏油、可拉伸、高粘附等特點。

吳天準(zhǔn)長期從事微機電系統(tǒng)(MEMS)的創(chuàng)新工藝、材料和器件研究，近年來其領(lǐng)導(dǎo)的團隊致力于MEMS與仿生系統(tǒng)的整合研究和應(yīng)用，如模仿并超越荷葉疏水效果的超疏液表面（Journal of Physics Chemistry C 2015; Sensors and Actuators B 2017），模仿沙漠甲蟲的親疏水陣列開發(fā)自組裝涂層(Soft Matter 2013)，模仿豬籠草瓶口的超滑表面（Sensors and Actuators B 2016）及新穎的液體/微珠高通量操控技術(shù)(MicroTAS 2018; IEEE MEMS 2019)，以及模仿視網(wǎng)膜功能的人工視網(wǎng)膜神經(jīng)假體(Electrochimica Acta 2017-5; Advanced Materials Technologies 2017-8)。

上述研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省及深圳市相關(guān)研究項目的支持。