揭開地球上最強膠水的秘密

地球上最強的膠水是什麼？強力膠？三秒膠？都不是，是150年前由達爾文發現的藤壺膠（barnacle glue）。

藤壺屬於甲殼動物亞門（subphylum Crustacea）蔓足類（Cirripedia，拉丁語，意思是「捲曲腳」）的節肢動物，與螃蟹和龍蝦都是「親戚」。目前已知的藤壺有1,220種。藤壺只生存在海洋中，而且往往生活在淺水和潮間帶。他們是定著懸食（過濾懸浮在海水中的生物為食），有兩個nektonic（主動游泳）幼蟲階段 - 無節幼體（the nauplius）和cyprid。

Chthamalus stellatus，藤壺的一種。圖片來源：維基百科

受精卵孵化出來的就是無節幼體，它在水中自由地游動，並以浮游生物為食。 無節幼體階段，在許多甲殼類動物都會經過。

Elminius modestus 的無節幼蟲。圖片來源：維基百科

接著是cyprid，只有藤壺會經過這個階段。它勘測不同的表面，選擇能提供適合的生長條件的位置。一旦看好「風水寶地」，cyprid就會釋放膠水（藤壺膠），將自己牢牢的黏在那裡一輩子（1）。

筆者總覺得藤壺很像人類，我們的幼年期到青少年期，很像藤壺的無節幼體；一旦畢業開始找工作、成家就很像cyprid，等買了房子，就跟藤壺一樣黏在一個地方不動了...

藤壺膠可以在任何條件下黏著於任何表面，比任何我們研發出來的合成膠水都好太多。 但是，這種大自然的超強力膠水到底怎麼能這麼強的，仍然是一個謎。直到最近，科學家們終於揭開它的超強黏力的秘密。

在英國紐卡斯爾大學（Newcastle University, UK）的國際研究團隊，於上週（2014/7/11）發表於「自然傳播」期刊（Nature Communications）的文章中提到，他們發現藤壺幼蟲在附著以前會先釋放出油性液滴，以清除欲附著表面的水份。接著，幼蟲才會使用磷蛋白黏著劑（phosphoprotein adhesive）（2）。

發展適用於水下的膠水的關鍵障礙之一，就是：當黏著表面已經被水覆蓋時，膠水要如何與表面接觸？過去我們已經知道，藤壺膠水由兩個部分組成，但直到最近，科學家們仍然認為藤壺膠水的作用跟一些合成膠水很類似，就是在硬化前要先混合。

影像技術（如雙光子顯微鏡2-photon microscopy）的進步，使研究團隊能夠觀察到藤壺的粘附過程。在過去，在使用強雷射進行生物樣品的光學切片時，通常都需要殺死樣品，但現在的技術允許科學家觀察活的生命過程。研究團隊發現，這兩種物質並不會先混合，而是各自具有非常不同的功能，一個負責把水由黏著表面去除，另一個則負責將藤壺牢牢黏在黏著表面上。

海水裡面含有許多不同種類的離子，而海洋中海水的pH值在不同的區域都有顯著變化。而且，它是濕的。然而，藤壺膠在這些不利於黏著的狀況下，還是能夠受得住時間的考驗。

解開了藤壺膠的秘密，對於開發仿生黏著劑有很大的幫助。我們體內環境也一樣被含有許多不同種類的離子的體液給包圍，也一樣到處都是水。這個研究成果對於未來發展用於醫療植入物和微型電子產品的新合成生物粘附劑都非常重要。

當然，對於開發阻止藤壺粘著的船用油漆來說，了解藤壺黏著的機制，也非常重要。藤壺等海洋生物附著在船體，造成所謂的「生物污染」（biofouling）使得船舶的體積與重量增加，提高船舶與海水之間的摩擦力，估計對於全球產業造成每年75億燃料的浪費，同時也造成溫室氣體排放量增加以及提供了入侵物種更多搭便車的機會。

揭開藤壺膠的秘密，除了可以開發仿生膠水以及防黏塗料以外，筆者領悟到其實世界上所有的膠水都一樣，如果黏著的表面已經有水，再好的膠水都會黏不上呢！

參考文獻：

1. Wikipedia. Barnacle.
2. 2014/7/18. Nature's strongest glue comes unstuck -- ScienceDaily