随着
精准医疗
的快速发展，微创手术器械和柔性电子设备在复杂人体环境（如湿润、多粗糙表面）中的可靠附着成为关键挑战。自然界中，壁虎、树蛙、章鱼等生物通过独特的微纳米结构和材料特性，实现了从干燥到水下环境的强附着能力，为
人工仿生表面设计
提供了重要启示。
本综述系统梳理了
生物附着机制及其医学应用
，旨在为开发低损伤、高稳定性的医疗器件提供理论支撑和技术方向，推动仿生材料在组织修复、可穿戴设备等领域的突破性应用。
鉴于此，来自
北京航空航天大学的陈华伟以及张力文团队联合中科院江雷院士团队
系统总结了自然界生物（如壁虎、树蛙、章鱼）
在干湿多变环境中的强附着机制
，并探讨了仿生表面的设计、制造方法及其在医疗领域的应用前景。相关研究以
“From Dry to Wet, the Nature Inspired Strong Attachment Surfaces and Their Medical Applications”
为题发表在
《ACS Nano》
上。
以下是对本论文创新点的简要概述：
（1）多环境界面调控机制：
研究揭示了不同湿度环境（干燥、湿润、水下）下生物附着表面的动态调控策略。例如，章鱼吸盘通过调控内部液体流动，在干燥环境中依赖范德华力，水下则通过负压吸附与液体凝聚力实现强附着（黏附强度达200 kPa）。这种跨环境适应性设计为医疗设备在复杂生理环境中的应用提供了理论支撑。
（2）梯度模量与结构耦合优化：
团队提出仿生表面需结合梯度模量材料与多级微纳结构。例如，树蛙脚垫的纳米级薄液膜通过毛细力增强固-固接触，摩擦强度达10–25 kPa；仿生蘑菇状微柱通过软壳-硬核设计，将界面应力从边缘转移至中心，减少组织损伤。
（3）医疗场景功能化集成：
开发的仿生表面已应用于低损伤手术器械与柔性电子设备。例如，基于壁虎刚毛的纳米纤维阵列通过接触分裂策略提升粗糙组织表面的适应性，结合智能材料实现动态响应，推动精准医疗设备革新。
该研究系统解析了生物附着机制与界面动态行为，并通过创新制备技术（如纳米3D打印、模具辅助复型）推动仿生表面从实验室走向临床，为下一代医疗设备开发奠定基础。
1. 自然生物附着机制的多样性与环境适应性
论文系统梳理了自然界生物（如壁虎、树蛙、章鱼）在不同湿度环境（干燥、湿润、水下）下的附着机制。壁虎通过微米级刚毛和纳米级铲状结构，利用范德华力与毛细力协同作用实现强附着；树蛙脚垫的六边形微柱阵列通过薄液膜毛细力增强固-固接触，摩擦强度达10–25 kPa；章鱼吸盘则依赖负压吸附与液体凝聚力，水下黏附强度可达200 kPa。这些机制揭示了生物通过结构-材料耦合适应动态环境的进化策略，为仿生设计提供了理论支撑。
图1 多环境生物附着机制与结构演化示意图
2. 界面液体与空气介质的动态调控机制
研究聚焦界面液体（如薄液膜、液桥）和空气介质在附着中的作用。例如，树蛙脚垫的纳米级液膜通过毛细力增强摩擦，而章鱼吸盘通过调控内部液体流动实现多环境稳定黏附。液桥分裂效应（如多级凹面微柱设计）可显著提升湿附着力，仿生表面通过孔隙结构主动调节液体排出与吸附，形成纳米级固-固接触。这些发现表明，界面动态行为调控是仿生附着性能优化的核心。
