贻贝，咬定礁石不放松

Holiso

仔细观察礁石上的贻贝，即便周围不断有水流冲击，它们也总是能牢牢地贴在湿润的、滑溜溜的岩石上，这是怎么做到的呢？美国科学家于近期探明了这一奥秘，并已开始在实验室内模仿其中机制生产胶水。

揭开贻贝之谜

“在使用前，请确保被粘物表面的清洁和干燥，48小时后达到最佳粘贴强度。”如果贻贝也能表达自己的感受，这条标注在所有胶水瓶上的提示一定会令它们捧腹大笑。因为当海水涨潮时，这群不喜迁徙的生物能够牢牢附着在岩礁之上，不管多么湍急的水流都无法将它们冲走，它们究竟有着怎样的独门绝技？

第一个尝试揭开贻贝之谜的人是美国加州大学圣巴巴拉分校的赫伯特-韦特。他在20世纪70年代时，还是美国哈佛大学的研究生。他从那时起开始收集康乃狄克州海岸线上的贻贝，然后把它们带回实验室进行研究。他分析了贻贝那些“黏性线状物”，也就是“足丝”的化学组成。贻贝就是依靠这些足丝，把自己固定在岩石上的。贻贝会通过某种类似于注塑生产的生理过程，制造出像头发一样纤细的足丝。它们强健的足部会生出沟渠，而它们会把液态的蛋白质挤压到沟渠里，只需几秒钟时间，就能形成一条稳固的线状物。每条线状物的端点上都有一个黏性的“软垫”，可以牢牢地吸附在岩石上，或者其他任何贻贝想要贴附的坚硬表面上。

物体间的黏合是一种发生在原子层面上的现象：两个表面的原子相互吸引形成黏结。然而任何一个裸眼看来光滑如镜的表面，放大到原子层面看，全都像布满了高低起伏的山脉，这样两个表面是无法完全契合的。所以要用到一种中介，那就是我们所熟悉的胶水，它可以填补两个表面之间的空隙，在需要黏合的物体之间尽可能地制造连接。

在水中用胶

如果在水中使用胶水……那你永远也休想成功！因为胶水原子更易与水分子结合，而非物体表面。因此，如果你想将一物体固定在潮湿表面上，必须先等后者干燥。但对贻贝来说，这个问题不存在。赫伯特-韦特发现，贻贝的足丝能够分泌一种具备三个分支结构的大分子，这种结构使分子们能够互相勾连在一起；而在每个大分支的末端还有另外两种小分子，分别是赖氨酸分子和多巴分子。正是多巴分子造就了貽贝神奇的黏性，不受水分子影响，能与潮湿的礁石表面紧密结合。至于赖氨酸分子，它的功能是清除礁石表面海水中的盐分，仅起到辅助作用。

那么多巴分子为何具有如此强大的黏性呢？因为这是一种所谓的“极性分子”。在多巴分子中，氢原子分布在表面，氧原子处于核心；然而表面氢原子的电子易被氧原子吸引，导致这些氢原子极为渴求新的电子。当它们与某个拥有很多电子的原子距离不足0.25纳米时，就会形成一座“桥”，称为“氢键”。“氢键”不如胶水中的共价键牢固，但它有一项绝对优势：比起水分子，氢键更易与岩石中的金属氧化物结合。事实上，这些氧化物极化程度很高，氧原子的那些富余的、不必用于构成共价键的电子时刻准备与多巴分子中缺失负电子的氢原子结合。换言之，贻贝的“胶水”与水分子不怎么亲近，倒是与礁岩更亲密。

在贻贝足丝末端的每一个小圆片下都上演着同样的场景：在这直径不足2毫米的小小空间内，赖氨酸分子清除海水在岩石上留下的盐分，多巴分子则施展“粘功”。这数以百计的黏足，就是贻贝在汹涌海浪中的安全带！

未来造福人类

科学家自然又有了新的点子：能否发明一种基于氢键而非共价键的胶水，更通俗地说，一种适用于湿润环境的胶水？如果能成功，那就可以粘合破损器官，而不需进行缝合；或许还可以直接在水中进行潜艇外壳的修复。起初，研究人员计划提取并净化贻贝的黏性分子，这样便可获得100%天然的强力胶水。理论上非常简单，实际并不可行，因为这种方法成本过于高昂！于是科学家尝试人工合成一种近似的黏性分子。贻贝的黏性分子中央是一“固”氧原子，研究人员用氮原子替代了氧原子，结果令人惊喜！新的分子不仅具有黏性，并且黏附力更强。这是因为，氮原子能使新分子构建出更多的氢键。

赫伯特·韦特实验室的研究者们不仅在贻贝的启发下发明了好几种“贻贝胶水”，他们还开发出了一种富含邻苯二酚、能够自愈的聚合物。它的潜在应用包括制造人工膝盖和髋关节，这样几乎不需要额外的手术就能维持正常。这种超强胶水还能协助治疗动脉斑块。在治疗斑块造成的血管狭窄时，医生常会通过球囊和支架来扩张血管，支架还会包裹上抑制血管内皮增生的药物。不过当它们被安置到位时，释放出的药物至少有95%都会被血流冲走。而采用特殊的生物胶水把药物“粘住”，就可以大大减少药物的浪费，并延长支架的使用时间。

贻贝胶水在潮湿环境中依然能发挥它的附着力，也不会引发难以解决的免疫反应。这其中包含一个很有前景的应用，就是在产前对胎儿进行手术（注：这种手术的目的是治疗某些发育缺陷）。对胎儿进行手术一直是一个巨大的挑战，因为包裹他们的胎膜特别脆弱，难以缝合。但是在贻贝胶水的帮助下，手术就容易多了。这种超强胶水比此前的同类产品黏性至少高出10倍，其低分子量和功能特性意味着能大大提高现有黏合剂的性能，同时有望被用于牙医业、纳米技术、水下维修等众多领域。

（责任编辑：曹伟 责任校对：司明婧）