受飞脚启发：能够重复附着和分离的新型胶粘剂结构

时间：2021-10-13 15:52:04 来源：

飞脚的电子显微照片。粘性的刮铲形的刚毛（浅蓝色结构）使苍蝇能将自身附着在物体上。

受苍蝇s变态的脚垫形成机制启发，可回收利用的环保技术。

NIMS，HUE和HUSM已经成功地开发了一种容易且廉价地生产能够重复附着和分离的粘合剂结构的方法。这种结构的设计灵感来自苍蝇脚垫上的刮刀状的粘毛（刚毛），而生产方法则是由蝇p的刚毛形成暗示的。这些无害环境的技术可能会为建立更可持续的社会做出贡献。

许多类型的制成品都用强力粘合剂加固。然而，这些粘合剂的使用阻碍了再循环过程（即，分类和分解），不利于促进循环经济的努力。由于这个原因，已经设计并开发了能够重复附接和分离的粘合剂技术。仿生方法用于开发高性能粘合剂技术，其目的是模仿在生物体中发现的精细的粘合剂结构。但是，这种方法通常很昂贵，因为它需要使用MEMS（微机电系统）来创建复杂的结构。

该研究小组专注于已知在室温下以节能方式形成的生物粘合结构（例如昆虫足垫）。该小组开发了粘合剂结构以及通过模仿生物过程来创建它们的有效方法。

在该研究项目中，该小组专门研究了在飞翔的脚垫上生长的，呈刮刀状的粘性刮刀，以此作为可重复附着和脱离物体的粘性结构发展的典范。该小组通过染色蝇腿进行免疫组织化学分析并用荧光染料标记细胞骨架肌动蛋白，观察了observed果蝇（果蝇（Drosophila melanogaster））中刚毛形成的生物学过程。

结果，该小组发现通过一个简单的两步过程就可以形成粘着性的，呈脚掌状的脚趾刚毛。（1）形成Seta的细胞伸长，细胞中的细胞骨架肌动蛋白丝积聚在伸长细胞的远端，形成铲形框架；（2）在Setae的表面形成角质层沉积物，使其固化。然后，该小组成功地开发出一种相似的，简单的两步工艺，通过在室温下通过（1）拉伸尼龙纤维以形成一个不规则的结构并将其固化来制造一个粘合剂不规则的结构。确认该结构的粘合强度和易拆卸性会有所不同，具体取决于将其从与其附着的物体上拉开的方向-类似于昆虫用来将自身附着到物体上或从物体上分离的机制。

一根扁平的纤维足够坚固，可以将重52.8克的硅晶片从其上悬挂下来。由此推断，一束756根纤维（横截面积为9 cm2）可以支撑体重60公斤的人。

这种粘合剂结构能够重复地附着和分离，可以提供各种新的机器人应用。例如，它可以集成到工业机器人的手臂中，以使它们能够更好地处理光滑的物体，也可以集成到室外机器人的腿中，以使它们像昆虫一样爬上垂直的墙壁。可重复使用的胶粘剂结构和低成本，高能效的生产方法是环保技术，可以潜在地促进社会的可持续发展。

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参考：木村贤一，南龙之介，山mi由美，遥山贵彦和细田直惠于2020年5月29日发表的“用形成昆虫脚垫毛的细胞骨架肌动蛋白丝的框架启发了仿生粘合装置的设计”。
10.1038 / s42003-020-0995-0

在这个研究项目中，细田直江（NIMS结构材料研究中心小组负责人）领导了粘附机制的开发，而木村贤智（北海道教育大学教授）领导的小组则由南龙之助（ HUE（现为国家老年医学和老年医学中心的成员），Hakayama Takahiko Hariyama（滨松大学医学院（HUSM）教授）和Yumi Yamahama（HUSM教员）的特聘研究员研究了在飞行过程中形成的胶粘剂结构蛹。

该项目得到了NIMS“种子”发展研究补助金和创新领域科学研究补助金的支持（项目编号：24120004).这项研究发表在2020年5月29日的开放存取期刊Communications Biology上。

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