近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)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(tuán)隊開發(fā)了一種“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”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(qiáng)粘附力，法向粘附強(qiáng)度可達(dá)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(xì)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(jī)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(tuán)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(qiáng)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(tuán)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(xì)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(dá)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(jī)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(tuán)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。