飞檐走壁的小小壁虎带给我们功能多多的微型机械手

材料牛注：壁虎脚掌的自清洁功能使仿生学发展的步伐更进一步，科学家根据该机制研制出显微机械手，在防污表面、纳米装配等领域有着广泛的应用前景。

众所周知，壁虎可以自由穿梭，无论表面是光滑还是粗糙，干净还是肮脏，垂直还是旋转，它们都可以行走自如。科学家们一直对壁虎的这项超能力有着极大的兴趣。近期一个来自美国和中国的研究队伍已经解开了壁虎脚掌的神秘面纱，并开发出了具有类似能力的微型机械手。

壁虎有如此非凡的爬行能力，能抓住任何潮湿的或者干燥的表面，全靠他们富有粘性的双脚。当然，壁虎的双脚除了具有粘性外，还不会被污物弄脏。这种自清洁的能力要归功于壁虎脚掌上的一种特殊结构，它们的脚趾上长有直径为4微米，长为140微米的刚毛，这些刚毛分叉形成大量的纳米尺度的微细纤毛，尺寸有10纳米厚，200纳米宽，300纳米长。这些钉子状的由角蛋白质所制成微细纤毛，它们协调一致产生范德华力，总计能够产生的粘合力可以达到15纳牛，足够支撑起壁虎的体重。

北德克萨斯州大学材料科学与工程学院的教授甄海霞表示：“但是壁虎的脚掌是怎样做到在具有粘性的同时又能保持干净清洁仍然是个谜。尽管壁虎的自清洁能力可能是依赖于它的脚趾的特殊结构，其脚趾有数百万个刚毛组成，我们发现壁虎的这个独一无二的特性要归因于它们的动力学行为。

通过在原子力显微镜下模拟每一个单独的微细纤毛怎么运动，研究人员发现：当壁虎向前运动时它们的脚从某个表面上高速地抬起，此时污物颗粒很容易脱落。在这种高速运动下，壁虎伸展它们的脚足够去除附着在刚毛上的任何污物颗粒。

甄海霞教授说：“壁虎脚掌上的刚毛和微细纤毛的这种独特的运动行为，为实用型自清洁系统提供了关键的设计原则。”

和来自于中国石油大学（北京）、清华大学、西北工业大学、丹佛大学、阿克伦大学、美国凯斯西储大学的同事们合作，甄海霞教授创造了一个可以模仿壁虎的独特性能的显微机械手。这些人工刚毛由直径为10微米的聚酯纤维所制成。微微皱起的5纳米厚的多层石墨片被粘贴在150微米长的刚毛末端用来模仿壁虎的微细纤毛。这个显微机械手能够从各种各样衬底上捡起微球，移动并且释放，或者是装配任何地方需要的颗粒只是简单地通过变化完成的速度。

甄海霞还说：“这个仿生微型机械手可以替代传统的用于操作的设备，例如芯片。还有这个技术能够被拓展去制造可重复使用的磁带。”

一般来说，更好的理解壁虎的自清洁机制有着重大意义，影响从防污表面到医学以及微机电系统器件等许多仿生学的发展。

在俄勒冈州波兰特市的刘易斯克拉克学院的教授凯拉称：“研究人员的这个新发现，将自洁净作用和速率依赖性的影响相结合，揭示出了自清洁作用的真正机制。而且，该研究机制可以使人工合成壁虎刚毛用于纳米装配领域。”

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感谢材料人编辑部杨洪期提供素材