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武漢大學薛龍建教授課題組（NISE-Lab）仿樹蛙腳黏附結構取得重要進展，研究成果于近期發表于《ACS Nano》，題為“Hybrid Surface Patterns Mimicking the Design of the Adhesive Toe Pad of Tree Frog”。

樹蛙等動物在潮濕的環境下生活，可以在植物葉面上以及葉面之間跳躍、爬行。在這個過程中樹蛙主要依賴的是它腳趾的黏附與摩擦力。樹蛙腳的黏附與摩擦力主要由其腳趾上的微觀結構以及粘液決定。前期研究發現樹蛙等蛙類腳趾上的微觀結構主要表現為五邊形和六邊形，且多邊形之間存在幾微米寬的溝道。這些溝道能將接觸界面處的液體排到接觸界面之外，從而實現固體和固體之間的直接接觸，獲得較高的黏附或摩擦力。（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1499–1505）

最新研究發現某些樹蛙腳上的多邊形結構其實是由角蛋白納米纖維束組成。受此啟發，NISE-Lab制備了一種微納復合六邊形柱狀陣列（如圖1所示）。這種結構由模量較高的聚苯乙烯（PS，E~3GPa，直徑330納米）納米棒以及柔軟的硅橡膠聚二甲基硅氧烷（PDMS，E~2MPa）組成；PS納米棒垂直分布在PDMS的正六邊形柱狀陣列中。當PS和PDMS之間有化學鍵相互連接時，應力可以在兩種材料之間有效傳遞。當復合柱狀陣列從接觸表面脫離時，PS納米棒的存在使得最大應力的位置從微米柱的邊緣向中心移動，且應力最小值分布在微米柱的邊緣。這樣的應力分布有效地抑制了接觸界面的分離從微米柱的邊緣開始，提高了結構的黏附力。而增強的黏附力和相對較高的結構剛度則增強了結構的摩擦力。在仿生柱狀黏附結構中實現了黏附力與摩擦力的同步增強。

圖1. (a) 樹蛙及其（b）腳趾的表面結構；（c）仿樹蛙腳復合材料及其（d）結構示意圖。

這一研究工作的發表引起了廣泛的關注，被選為ACS Editors’ Choice進行亮點報道，同時在美國化學學會網站頭條新聞展示（圖2）。

圖2. 美國化學會官方網站截屏。 

該項研究課題得到國家自然科學基金的資助（51503156, 51611530546），是中國、德國、美國、西班牙相關課題組的合作研究成果。

ACS Nano原文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b04994。

薛龍建，中組部千人計劃專家，武漢大學動力與機械學院教授，工業研究院教授。中科院取得博士學位后，作為洪堡學者、馬普學者在德國長期從事科研工作。研究領域包括仿生功能材料、聚合物薄膜穩定性、聚合物薄膜圖案化、微納結構加工等。到目前為止, 已經發表包括《自然?通訊》在內的高水平SCI科研論文40余篇，獲批中國專利3項，申請歐盟、美國專利各一項，中國專利多項。多次受邀為國內外專業書籍撰寫相關章節，編輯相關書籍。擔任十余種國際學術期刊審稿專家。

NISE-Lab歡迎具有物理、化學、材料、生物背景的學生加入，課題組常年招收博士后。課題組與德國具有廣泛的合作，課題組成員有很多機會到德國、歐盟交流學習。有意者請將簡歷發送至：xuelongjian@whu.edu.cn