本文由Yupeng Chen、Zhongpeng Zhu、Martin Steinhart和Stanislav N. Gorb共同撰写，分别来自北京航空航天大学、德国奥斯纳布吕克大学和基尔大学。该研究于2022年3月18日发表在《iScience》期刊上，题为“Bio-inspired Adhesion Control with Liquids”。文章探讨了生物启发的湿粘附控制，特别是液体在粘附中的作用，并提出了未来构建人工湿粘附表面的方向。
湿粘附（wet adhesion）是指在液体存在下，粘附器官或系统与接触表面之间的粘附现象，包括高湿度环境和水中粘附。昆虫等生物通过分泌粘附液体来增强其在接触表面的粘附能力。这种生物粘附机制在生物医学、仿生机器人和可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。然而，尽管湿粘附技术已取得一定进展，但对其液体作用的预测性理解仍然不足，尤其是液体在接触界面如何影响粘附的机制尚不明确。因此，本文旨在通过回顾生物和人工湿粘附表面的研究进展，探讨液体在湿粘附中的作用，并提出未来研究方向。
文章首先回顾了生物湿粘附表面的基本原理，包括毛细作用（capillarity）、粘性相互作用（viscous interactions）和接触分裂模型（contact splitting model）。毛细作用与液体表面的曲率有关，而粘性相互作用则通过Stefan粘附（Stefan adhesion）等机制增强垂直粘附力。接触分裂模型则解释了不同接触角下粘附力的变化。此外，文章还讨论了液体粘度和表面张力对粘附的影响，特别是昆虫粘附器官中分泌液体的非牛顿剪切稀化特性（shear-thinning property）如何增强摩擦力。
在人工湿粘附表面方面，文章回顾了近年来通过外部刺激（如温度、湿度）实现可逆粘附的研究进展。例如，通过温度调控N-异丙基丙烯酰胺（N-isopropylacrylamide）的疏水-亲水转换，实现了水下可逆粘附。此外，文章还介绍了通过纳米通道输送粘附液体的研究，提出了量子限制超流体（quantum-confined superfluid）的概念，用于解释纳米通道中的快速质量传输。
文章总结了生物湿粘附表面的液体作用机制，特别是液体粘度、成分和润湿性对粘附的影响。例如，昆虫粘附液体通常由疏水和亲水两相组成，这种两相性质通过调节流变学特性增强了剪切力抵抗能力。此外，通过表面敏感分析技术（如SFG光谱）研究了液体与不同润湿性基底的相互作用，发现液体在接触界面的烃类有序性与基底疏水性呈正相关，从而增强了粘附力。
在人工湿粘附表面方面，文章提出了通过选择模型液体和设计模型粘附表面来研究湿粘附性能的方法。例如，通过筛选简单模型液体（如单一成分液体）对粘附性能的影响，可以为构建复杂液体提供指导。此外，文章还探讨了通过纳米通道输送粘附液体的可能性，并提出了未来通过有限元分析或流体动力学模拟进一步研究湿粘附机制的思路。
本文通过回顾生物和人工湿粘附表面的研究进展，提出了液体在湿粘附控制中的关键作用。未来的研究方向包括：1）通过选择模型液体和设计模型粘附表面，实现湿粘附的合理调控；2）研究通过纳米通道输送人工粘附液体及其对湿粘附的影响。这些研究将为开发具有特定功能的人工湿粘附表面提供理论支持，并推动其在生物医学、仿生机器人和可穿戴设备等领域的应用。
本文不仅揭示了生物湿粘附的机制，还为设计具有特定功能的人工湿粘附表面提供了理论指导。通过合理调控液体在粘附中的作用，未来可以开发出更高效、更智能的粘附材料，推动其在生物医学、仿生机器人和可穿戴设备等领域的应用。