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  受章魚啟發的智能粘附劑在軟爪、醫療監測等領域展現出廣闊的應用前景。然而，現有仿生粘附劑因剛度無法調控，其粘附強度與生物組織相比仍存在顯著差距，尤其是粘附不平整表面時。本研究采用具有光熱轉換性能的形狀記憶聚合物（SMP），模擬章魚觸手吸盤與肌肉的特性，提出一種剛度可調的光響應智能粘附劑（PSA）。借助SMP的形狀記憶性能，該智能粘附劑可通過調控自身剛度實現共形接觸、形狀鎖定與主動釋放。此外，得益于其疏水特性，該粘附劑不僅適用于空氣中各種特征表面的操控，還能在水下環境中有效發揮作用。本文提出的粘附劑在空氣和水下環境中，其附強度分別約為傳統章魚仿生粘附劑的18倍和11倍，進一步提升了粘附和脫附功能。該粘附劑在工業生產線及日常生活中具有巨大應用潛力，為粘附材料的發展開辟了全新方向。

  近期，東北農業大學文理學院張海洋副教授團隊受章魚粘附結構的啟發，利用形狀記憶聚合物與Fe?O?納米顆粒，開發了一種光響應智能粘附劑（PSA），該粘附劑能夠在空氣和水下對不平整表面實現粘附轉換（圖1a）。類似章魚能夠調節其肌肉硬度和吸盤結構，PSA利用其形狀記憶特性能夠可逆地調節自身的硬度和微腔形狀。通過調節其加熱溫度，PSA的模量可以在約1426 MPa（玻璃態）和1 MPa（橡膠態）之間可逆切換。同時在外力和溫度的協同作用下，PSA可實現表面微腔結構的可逆變化（圖1b）。在初始狀態下，具有微腔結構的PSA表現出高模量，處于玻璃態，不具備粘附性能 (圖1cI)。通過加熱，PSA可以從玻璃態（≈1426 MPa）轉變為橡膠態（≈1 MPa）。與章魚肌肉處于相對放松的“軟狀態”類似，在壓力作用下，PSA可以適應物體的形狀并實現共形接觸。與此同時，微腔內的空氣被排出，在微腔內外產生壓力差。降低溫度， PSA從橡膠態轉變為玻璃態，類似章魚肌肉收縮變為緊張的“硬狀態”，導致模量增加并鎖定接觸狀態。結合形狀鎖定和負壓的作用，PSA可以成功抓取不平整物體（圖1cII）�；谄湫螤钣洃浶阅�，當再次加熱時，PSA的溫度再次超過玻璃化轉變溫度（T_g），粘附劑變回橡膠態并恢復原始形狀，從而實現不平整物體的釋放。此外，基于智能粘附劑的疏水性，PSA還可以在水下切換其粘附性（圖1d）。更有趣的是PSA的形狀記憶性能和疏水性，它可以在空氣和水下控制一系列不平整表面，如不同角度的棱柱形玻璃元件、不同高度差以及不同曲率的凹凸物體（圖2和圖3）。同時，基于Fe?O?納米顆粒的光熱轉換性能，PSA可用于物體的選擇性粘附/釋放（圖4）。本研究的成果拓展了智能粘合劑的應用領域和范圍，為后續智能粘合劑的研究提供了新的思路。該工作以“Octopus-Inspired Smart Adhesive with Adjustable Stiffness for Adhesion on Uneven Surfaces in Air and Underwater”為題發表在《Small》上（Small 2025, e05795）。文章第一作者是東北農業大學文理學院碩士生馬弘揚。

圖1 受章魚啟發的光響應智能粘附劑在空氣及水下對不平整表面的粘附轉換

圖2 PSA在空氣中的粘附性能

圖3 PSA在水下的粘附性能

圖4 PSA的應用展示

  張海洋副教授課題組長期從事仿生智能粘附材料領域，聚焦固體與液體粘附性轉換的前沿研究。目前，盡管仿生粘附劑已展現出一定的應用潛力，但與生物組織的粘附強度相比仍存在顯著差距，尤其是在面對不平整表面時，這種差距更為突出。本論文所制備的智能表面在空氣與水下環境中，對不平整表面可實現粘附性調控。這一進展有效提升了仿生粘附材料在復雜環境下的性能表現。不僅如此，對于表面單一的僅能實現固體粘附性轉換和液體粘附性轉換的粘附表面，往往會限制粘附表面的使用范圍，課題組在智能粘附表面同時實現固體和液體粘附性轉換的研究中也得到了一系列進展（Chem. Eng. J. 2025, 504, 158985; Chem. Eng. J. 2021, 417, 128072; Chem. Eng. J. 2021, 420, 129862）。通過將仿生結構與智能材料結合，展示了智能表面對固體和液體粘附性轉換的應用。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202505795