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  昆蟲腳上微米級的剛毛結構通過形成納米液橋來實現濕粘附，從而使它們能在各種表面上輕松行走。與經典毛細模型不同的是，昆蟲剛毛末端的液橋與黏液腺相連，與接觸表面形成動態黏附。雖然科學家們對納米級毛細現象的物理機制充滿興趣，但其具體機制仍不明確。

圖1 (a) 瓢蟲照片；(b)瓢蟲剛毛掃描電鏡圖；(c)仿昆蟲剛毛的多孔納米柱陣列；(d)原子力顯微鏡尖探針用于模擬粗糙表面，與樣品形成點接觸；(e)原子力顯微鏡球探針用于模擬平面，與樣品形成面接觸。

  近期，武漢大學薛龍建教授團隊建立了一個模仿昆蟲剛毛的人工動態濕黏附系統（圖1），揭示了納米級毛細粘附的動態過程以及剛毛結構賦予濕黏附的多重優勢。該系統利用多孔納米柱陣列（PNAs）來模擬昆蟲剛毛；利用不同尺寸的原子力探針模擬不同粗糙度的接觸面；將礦物油動態傳輸到PNAs尖端與接觸表面形成納米液橋，模擬昆蟲的黏液分泌過程。通過黏附力的實時監測，可以清晰地監測濕黏附的發展過程。

圖2 (a) PNAs和(b)平膜的濕黏附演變過程。(c)PNAs與平膜在不同探針下的穩定濕黏附形成時間。(d)平膜和(e)PNAs上礦物油在探針表面的接觸角變化示意圖。

圖3 具有不同表面能的PNAs和平膜在(a)球探針和(b)尖探針下的黏附力。

圖4 PNAs和平膜在(a)尖探針和(b)球探針上的液體損失量。

  該工作不僅在納米尺度揭示了納米液橋的力學機制，更是首次揭示了剛毛結構對動態濕黏附的多重貢獻，加深了對自然進化結構多功能性的理解，還可以為納米印刷、納米機器人和納米器件自組裝提供指導。此外，該工作建立的動態濕黏附系統，可以作為模型體系研究動態毛細現象。該工作以“Nanosized Contact Enables Faster, Stronger, and Liquid-Saving Capillary Adhesion”為題發表在《ACS Nano》上。該研究得到國家自然科學基金委和國家重點研發計劃的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14048

  下載：Nanosized Contact Enables Faster, Stronger, and Liquid-Saving Capillary Adhesion