可以建房子的“超级胶水”

田蓉

沙塔蠕虫的巢穴

沙塔蠕虫的筑巢法宝

沙塔蠕虫是一类独特的海洋生物，它头部的一个器官可以在海水中分泌天然黏液。这种黏液能将沙粒与贝壳碎片牢牢地固定在一起，从而建造出坚固无比的管状巢穴——这些巢穴位于潮间带，在海风和海浪的冲击下，依然能岿然不动。

沙塔蠕蟲分泌的黏液为何有如此强大的粘合力呢？这可能与其黏液中的一些蛋白质有关。这些蛋白质有的带正电荷，有的带负电荷，彼此之间相互吸引，紧紧“团结”在一起。

“超级胶水”诞生记曾经的尝试

水泥是一种粉状胶凝材料，在其中加水搅拌形成浆体，抹在砖、石等材料之间，待其硬化之后，便可以将砖、石牢牢结合在一起。但水泥的生产不仅要消耗大量能源，还会对环境产生污染，因此，人类盼望着可以有新的建筑材料替代传统水泥。

仿生黏合剂的研发过程（绘图/ 闫丽真）

此前，有科学家利用壳聚糖（存在于甲壳类动物中的一种聚合物）和海藻酸盐（存在于海藻中的一种聚合物）制作出黏合剂，并成功用它把诸如沙粒、粉尘等颗粒结合起来。不过，如果直接将这样制成的材料运用到建筑物中，还是缺了点“硬气”——它们的机械强度（指材料受外力作用时，其单位面积上所能承受的最大负荷）不大，建造出来的房屋不够坚固。

向沙塔蠕虫学习

受沙塔蠕虫分泌的黏液的启发，研究人员把壳聚糖替换为季铵化壳聚糖，再与海藻酸盐按一定比例混合，得到了“硬气十足”的带有正、负电荷的生物基仿生黏合剂（以下简称“仿生黏合剂”）。其中，季铵化壳聚糖带正电，海藻酸盐带负电——这种带正、负电荷的生物聚合物，就像沙塔蠕虫的黏液一样，可以通过正、负电荷的相互作用将沙粒牢固地结合在一起。

不仅如此，在大自然当中普遍存在的固体颗粒（例如沙漠砂、矿物残渣、混凝土渣等）都带有负电。因此，如果把它们与仿生黏合剂溶液按一定的比例混合，得到的材料中便出现了两种电荷相互作用：一种是仿生黏合剂中带正、负电荷的生物聚合物即季铵化壳聚糖和海藻酸盐之间的相互作用，另一种则是仿生黏合剂与颗粒间的相互作用。

同时，仿生黏合剂中还存在大量氢键（一种分子间或分子内的相互作用力），也可以增加材料的机械强度。由于这些相互作用力的存在，使用仿生黏合剂将沙粒、煤渣、矿渣等固体颗粒粘合得到的材料抗压性能非常不错，具备了成为建筑材料的基本条件。用电子显微镜可以看到，这些颗粒紧紧贴在一起，难舍难分。

给材料罩个“盾”

要想把这种低碳建筑材料应用于实际，光是机械强度大还不够，还需要为其添加“护盾”——在材料表面涂一层防水保护层。这样，即使在水里浸泡两周，材料也基本没什么影响。

除了检测这种材料的机械强度和防水性，科学家还模拟了紫外线致使材料老化的条件，把该材料在60摄氏度条件下紫外线照射1000小时。面对如此严苛的条件，这种材料居然毫无损伤，足见其抗老化性能也十分优秀。

沙塔蠕虫和人类建筑——这两个看似完全不搭边的事物，通过科学家的观察力和想象力碰撞出了美丽的火花。或许有一天，我们可以看到仿生黏合剂在建筑行业中独当一面，为更加绿色的地球添砖加瓦。

（责任编辑 / 代竹蕊  美术编辑 / 周游）