灵感来自动植物

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  莲花为何出污泥而不染?海豚身上为何不附着生物?鲍鱼壳的强度为何极高?变化无穷的生物结构形式及生化过程令人类自叹弗如又灵感丛生。
  莲花出污泥而不染
  莲花是纯洁的象征, 却生长在泥沼中。德国一位植物学家耗时20年, 用电子显微镜观察了上千种植物的表面结构, 最终揭示出莲花自洁的秘密。他发现,表面光滑的植物叶子都须清洗后才能置于显微镜下观察, 而表面覆盖着一层极薄腊晶体的叶子, 却干干净净。原来, 莲花的叶面上有一层表面微小突起的腊晶体, 就像布满钉子的板。落在叶面上的灰尘污垢在这些小突起上摇摇欲坠。当水滴滚过叶面时, 就卷起这些没粘牢的灰尘, 把它们带走。微小的腊晶体使叶面变得粗糙, 这是莲花具有抗污机理的关键。目前,莲花效应被应用于人类生活产品中,如汽车漆、压缩赫土瓦、屋顶板等等。
  海豚皮肤很光洁
  无独有偶, 海豚及鱼类也保洁有术,因为同样在水中, 鱼类及海豚总是那么干净, 而船只的外壳却很快被覆盖了大量的藻类、微生物和其他贝壳类动物。根据常识,人们会以为那是由于鱼类和海豚身体表面光滑导致的, 但科学家却不这么看。2001年,德国科学家证实,海豚、鲸类与陆生哺乳动物一样,其皮肤受到酶作用的保护。酶在它们的皮肤上相当于生物“洗涤剂”,抑制了微生物的附着。
  模仿海豚皮肤的抗污原理, 科学家认为,应该借助可生物降解的混合涂料制成“天然”抗污产品, 以避免用污染环境的有毒油漆来保护船体。涂料会逐渐损耗, “皮肤”表面因而会永葆清洁。
  海豚皮肤分为3层:最外面的黑色表皮层极光滑柔软;第2层是生有无数乳头状中空突起物的白色真皮层,其间充满液体;第3层为厚脂肪层,富有弹性。这种生物结构使得皮肤能顺从水的压力而波动,阻力甚小,使海豚游得更快。找到海豚游得快的原因,人造海豚皮因而问世,人造海豚皮里面也有无数微小而中空的橡胶乳头,内有一种黏性液体在小孔中自由流动。将人造海豚皮用于鱼雷、舰船等,可大大提高航速。
  贻贝生产“超级水泥”
  贻贝是一种双壳类动物, 它能牢固地吸附在船、码头和海水中的其他物体上。贻贝的足上有一种微小的器官, 能分泌被称作足丝的胶。它由4个结合在一起的蛋白质在第5个起催化作用的蛋白质的参与下生成。这种超黏度分泌液特别有效, 在海水中也能把贻贝牢牢地“拴”在各种物体上。
  藤壳也与贻贝一样,能产生“超级水泥”。它生活在近岸地带, 常附着在船身上。这种小动物在成熟初期能分泌一种黏液,能将其终生固定在一处。模仿藤壳黏液制成的黏合剂抗张强度极高,适用于0~205 ℃ 的温度范围,用来粘接建筑结构单元十分理想。
  贝壳又硬又耐磨
  小小的软体动物也是仿生学的一大研究对象。除了薄壳结构和超黏度分泌液外, 贝壳的强度也大有文章。贝壳主要成分是硅酸盐, 同传统水泥相同,但其强度比飞机玻璃还高。原来,贝壳内硅酸盐间空隙很小。为此,人们在制造水泥时充分搅拌,排尽空气,再加入一种聚合凝胶,消除水泥颗粒间的空隙,使颗粒紧紧聚在一起,大大提高水泥的强度。
  鲍鱼壳是自然界最硬最耐磨的物质之一。在显微镜下,鲍鱼壳就像砖墙:一层层超薄的碳酸钙好比是砖,不到亿分之一米厚的有机蛋白质层好比是水泥,把碳酸钙紧紧连接在一起,使鲍鱼壳强度与高级陶瓷相媲美,又不像陶瓷那样脆而易碎。人们正在模仿鲍鱼壳,用自组装聚合物制造仿生多层结构。美国已研制成新型的多层复合材料,用来制作坦克装甲。
  编辑/王一鸣
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