盲鳗黏液、萤火虫胶和其他动物黏液的实际用途指南

纽约市周围的水域曾有数十万英亩的牡蛎养殖场。在人类吞食牡蛎并污染水质之前，这些牡蛎一直粘在岩石上，相互依存。

“据说在殖民时期，纽约港的牡蛎数量非常多，几乎可以步行穿过，”印第安纳州西拉斐特普渡大学的化学家兼材料工程师乔纳森威尔克说。

当密集的牡蛎群扎根时，它们可以过滤水、固定泥沙、吸收风暴潮的力量，从而为沿海环境做出贡献。所有这些都是因为牡蛎能形成强大的“水泥”来将其身体固定在原地。

这并不是人类从动物制造的粘性物质中获益的唯一方式。威尔克和世界各地的其他科学家正在研究动物如何以及为何制造胶水和粘液，并试图制造自己的版本。这些粘性专家希望将他们的仿生材料用作手术胶水、我们现在使用的某些粘合剂的更安全替代品，或当不再需要时可以分解的临时胶水。

“我们周围到处都是粘合剂，”威尔克说。“很多都是永久性的，很多对我们不太好。所以我认为我们有很大改进空间。”

安顿下来

牡蛎并不是唯一使用粘性物质来固定住的生物。贻贝、藤壶和其他海洋生物也出于一些原因而粘在岩石和同类身上。粘在一起形成粘性群落可以保护这些生物免遭海浪冲击、被饥饿的海鸟吞食或独自挣扎着寻找配偶。

“基本上它们的生存依赖于它，”研究牡蛎和贻贝粘合剂的威尔克说。

这些海洋动物可能启发我们研制出无毒的外科和牙科胶水，它们可以在人体潮湿的环境中将组织粘合在一起。“我们的大多数粘合剂在潮湿的环境中不会凝固……所以我们必须向大自然寻求答案，”他说。

外科医生最常依赖的工具并不理想。缝合线和钉书钉会在健康组织上戳出洞。“你正在建立所有这些机械应力点，你正在创造感染点，”威尔克说。至于螺丝，“如果你想连接骨头碎片，你不得不钻出多少健康骨头才能将钢板固定到位，这真是令人难以置信。我认为……如果我们能从缝合线、钉书钉和螺丝过渡到粘合剂，患者的治疗效果会好得多。”

贻贝胶可能非常适合软组织，而牡蛎的强力胶则可用于骨骼。威尔克和他的同事们也在研究适用于其他情况的仿生胶，对它们进行调整，使其在不同条件下发挥良好作用。

我们日常生活中使用的许多产品都是用永久性胶水粘合在一起的。“如果你想想……电脑、家具、汽车内饰、电话簿或鞋子……在它们的使用寿命结束时，我们大部分都会把它们扔进垃圾填埋场，”威尔克说。“你怎么能拆开你电脑或笔记本电脑的所有珍贵部件呢？”他的团队正在研究仿生胶水，当它们不再需要时，它们会降解，使回收更容易。

他们还在研究防污技术，通过在船体上设计粘性图案来阻止动物。藤壶和其他寄生虫会增加船的阻力和燃油消耗，目前，红色涂料会将铜离子泄漏到水中，从而阻止它们。“因此，我们目前的防污技术本质上是杀死船周围水中的一切，”威尔克说。“如果你能首先了解动物是如何粘附的，那么你就可以利用这些信息开发动物无法粘附的涂层，而无需将毒素渗入水中。”

他和他的团队一直在测试防止贻贝胶粘在表面的涂层。但要阻止所有执意要粘上胶水的动物并非易事。“大自然总能找到办法——它们总能找到粘住胶水的方法，”威尔克说。

防御策略

黏液可以起到强大的威慑作用。盲鳗以把自己打结来更好地处理它们从海底吞食的尸体而闻名。它们还有另一项不寻常的才能：向敌人喷射黏液。

加利福尼亚州奥兰治查普曼大学的海洋生物学家道格拉斯·福吉说：“盲鳗的黏液不一定能粘在东西上。这种黏液似乎非常擅长堵塞鳃之类的东西。”

盲鳗通过遍布全身的黏液腺分泌粘液。“如果你咬了盲鳗，黏液就会喷向你，”福吉说。

这种黏液具有一些独特的性质。盲鳗可以在几分之一秒内泵出大量黏液。“它们如何产生这么多黏液，我们还不完全清楚，”福吉说。

黏液中还充满了丝状纤维。“这就是它如此不寻常的原因——它不仅仅是黏液和水，而是黏液、水和成千上万条丝状纤维，”福吉说。

他和同事通过麻醉盲鳗，然后诱导其黏液腺释放其内容物来研究这种独特的分泌物。人造盲鳗黏液可能具有多种用途。Fudge 无法透露他目前与多家公司合作的项目细节。但他说，人们考虑的一种应用是使用盲鳗黏液丝替代蜘蛛丝来制造仿生材料。“盲鳗黏液丝……具有可与蜘蛛丝相媲美的材料特性，”他说。目前，研究人员正在尝试复制蜘蛛丝，希望制造出具有钢的强度和橡胶的柔韧性的材料。

福吉还谈到了这些纤维在安全头盔或防弹背心方面的用途。今年 1 月，海军研究人员宣布，他们已经发明了一种受盲鳗黏液启发的材料。生物化学家乔希·科戈特在一份声明中说：“合成的盲鳗黏液可用于防弹、消防、防污、潜水员防护或防鲨喷雾。可能性无穷无尽。”

其他动物确实会使用胶水来保护自己。一些海参会喷出粘稠的丝线来缠住捕食者，而某些蝾螈会分泌胶水来迅速粘住捕食者的嘴。由于它们在干燥条件下起作用，蝾螈的混合物可能会启发皮肤胶。“蝾螈胶水……非常强，”奥地利路德维希玻尔兹曼实验和临床创伤研究所的动物学家 Janek von Byern 说。“当你将它与商业系统进行比较时，它是一个非常好的竞争对手。”

狩猎

胶水也可以用来捕捉食物。一种新近发现的蠕虫蜗牛会向猎物喷射粘液网，而许多蜘蛛和萤火虫则会等待晚餐，误入它们制作的粘性丝线中。

去年 12 月，冯·拜恩和他的同事报告称，使萤火虫钓鱼线具有粘性的液滴主要由水和萤火虫自己的排泄物组成。粘稠物 99% 都是水，还含有少量尿素和其他成分。冯·拜恩告诉《大众科学》杂志，这种简单性意味着萤火虫胶可以成为用于家具、纸张或纸板的廉价人造胶水的良好模板。

这可能是一种比甲醛基木胶更安全的替代品，甲醛基木胶价格极其低廉。低剂量的甲醛会刺激人体，高剂量的甲醛会致癌。卡特里娜飓风过后，人们在联邦紧急事务管理局提供的拖车中避难，导致生病，这些胶水因此声名狼藉。“他们在路易斯安那州的烈日下暴晒，然后甲醛开始从镶板的粘合剂中散发出来，”威尔克说。最近，零售商 Lumber Liquidators 因销售甲醛含量高的地板而陷入困境。“如果我们能使用更多生物基且毒性更低的产品……那就太好了，”威尔克说。

化妆品可能也是如此。“粘合假指甲和假睫毛基本上就是用强力胶……这不太健康，”威尔克说。

也许蝾螈胶可以在这里找到自己的市场。“我从来没有在指甲上测试过蝾螈胶，”冯·拜恩承认。“但我知道蝾螈胶可以完美地粘在人的皮肤上。它真的很粘！”

动物胶水不会取代我们使用的所有粘合剂。“我们不想摆脱所有这些胶水，其中一些是强力合成胶水，”冯·拜恩说。“但当涉及到人类接触时，我认为我们应该思考，这真的有必要吗？”

提供一种受动物启发的替代品并非一项快速或简单的任务。科学家必须弄清楚动物如何制造粘稠物、涉及哪些成分以及如何模仿它。然后，科学家必须在木材、猪皮或动物骨头等材料上测试其强度。最后，他们必须制造出比真品更好的替代品。

直接从动物身上提取胶水并不现实。首先，获取足够数量的胶水是一项挑战。一旦我们知道动物使用的配方，我们就可以对其进行调整，使其更适合人类。“贻贝想要……将自己粘合到岩石上，牡蛎想要将自己粘合到另一只牡蛎上，”威尔克说。“这不一定与你想要的将骨头粘合到骨头上、制作新版胶合板或软组织粘合、牙科水泥或美容胶水相同。”

粘糊糊的世界

每种粘稠物的味道都适合制造它的动物的需求。萤火虫胶只有在非常潮湿的条件下才会有粘性。蝾螈胶必须瞬间凝固，才能让追逐者有机会咬碎。贻贝胶则需要更长的时间才能变硬。“它不需要很快变硬，但……它必须在它们的余生中发挥作用，始终坚固且永不改变，”冯·拜恩说。

复制这些黏液可以让我们获得各种各样的粘合剂，完全满足人类的需求。它们只是动物胶水和黏液汪洋大海中的一滴水。海星使用粘合剂在海底爬行并撬开贝类。名副其实的可食用燕窝金丝燕咳出长长的粘稠唾液来筑巢，这些巢穴被视为美味佳肴。蛞蝓会分泌黏液帮助它们在地面上滑动，并启发了温室窗户的设计，以储存和释放水分。古老的鹦鹉螺用胶水而不是吸盘覆盖触手，而鱼会分泌粘液保护它们免受病原体和害虫的侵害。动物王国之外的许多其他生物也会制造自己的黏液，从食肉植物上的“捕蝇纸”到牙菌斑（它是由口腔中的细菌形成的生物膜）。

关于自然界中出现的各种粘性物质，以及它们如何为我们服务，我们还有很多需要学习的地方。但越来越多的实验室将注意力转向动物粘性物质。“过去，动物粘性物质非常奇怪，而且很罕见，”威尔克说。但现在，“我们正处于商业化和实际影响指日可待的阶段。”