仿生䲟鱼吸盘的水下粘附技术突破

大多数粘合剂无法在湿润表面粘附，因为水和其他液体会破坏粘合机制。然而，进化在䲟鱼身上完美解决了这一问题——这种鱼类通过头部的吸盘结构附着在海豚、鲨鱼甚至蝠鲼等动物体表。

MIT科学家团队近日对䲟鱼吸盘进行逆向工程研究。“我们本质上是从自然界寻找灵感，“机械工程系教授、研究资深作者Giovanni Traverso表示。

多样化的粘附机制

䲟鱼吸盘是其第一背鳍的进化适应结构，由间插骨支撑，该骨骼结构很可能由脊柱部分进化而来。骨板表面覆盖着向后倾斜的微小棘突，整个吸盘被顶部开放的软组织隔室覆盖。“这使得䲟鱼能够牢固附着在柔软、快速游动的海洋宿主身上，“Traverso解释道。

䲟鱼通过将吸盘压向宿主皮肤，挤出隔室内的水形成低压区，同时棘突与宿主表面机械互锁，工作原理类似吸盘和魔术贴的结合。当需要脱离时，鱼类抬起吸盘让水重新进入隔室即可。

研究团队选择专门附着在蝠鲼口腔和鳃腔的白䲟（R. albescens）作为设计蓝本，开发出机械水下软粘附系统（MUSAS）。但与单纯仿生不同，团队进行了多项改进：

首先解决的是部署问题。MUSAS需要能装入26mm长、9.5mm直径的000号胶囊（FDA批准的最大可吞服规格）。支撑结构采用不锈钢制造，仿照白䲟的角度可变骨板使用镍钛形状记忆合金，而提供吸力的软组织隔室则由弹性体替代。

“胶囊根据特定pH环境溶解，以此确定目标位置——例如小肠pH值与胃部略有不同，“研究第一作者、Traverso课题组MIT研究员Ziliang Kang表示。释放后，形状记忆合金在体温作用下展开，整个系统即可附着在目标器官壁。

在猪器官样本测试中，MUSAS在胃肠道平均停留9天，最长达到三周半，即使有食物和液体通过也能保持位置稳定。即使用移液管进行"抗动态干扰"测试，装置也仅轻微滑动而保持牢固附着。

团队还成功将温度传感器附着在活鱼体表，并在活猪胃肠道内安装可检测反流事件的传感器。

MUSAS的粘附强度令人印象深刻：附着后可承载超过自身重量千倍的负荷，与聚氨酯胶或环氧树脂等最佳粘合剂相当。更重要的是，这些测试都是在柔软、不平整的湿润表面进行。“在刚性平整表面上，力重比应该更高，“Kang表示。

研究团队展望了非医疗应用场景：

“我们正在积极探索各种可能性，“Traverso总结道。

Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-09304-4