英文原题：From Dry to Wet, the Nature Inspired Strong Attachment Surfaces and Their Medical Applications
通讯作者：陈华伟，北京航空航天大学
作者：Yurun Guo (郭雨润), Xiaobo Wang (王晓博) , Liwen Zhang (张力文) , Xinzhao Zhou (周新朝) , Shutao Wang (王树涛) , Lei Jiang (江雷)，Huawei Chen (陈华伟)
背景介绍
精准医疗的快速发展对微创手术和柔性可穿戴电子等器械或器件表界面提出了功能化要求，尤其医疗场景中接触界面粘附调控尤为迫切。组织（生）/器械（机）接触界面作为最常见的接触形式，需要稳健且可控的粘附力，以确保安全抓取、精准操控或高灵敏的生物信号采集等。然而，人体环境极其复杂且组织细胞等具有生命活性，涉及气液多介质、低损伤等，这些因素对实现可靠湿润界面可控粘附构成了重大挑战。然而，由于对生机接触微观机制的理解尚不深入，医疗湿粘附结构表面功能化设计仍缺乏完善的理论支撑，亟需开发新粘附策略和新结构来提升医疗器械的可靠性和环境适应性。
自然生物在漫长的进化过程中，为适应干燥、潮湿和水下等复杂的生存环境，演化出了多样化的粘附结构和卓越的界面粘附策略，使其能够在不同环境下实现高效移动和稳定附着。这些生物粘附机制可为医疗湿粘附表面的创新设计提供了灵感（图1）。
图1. 生物粘附原理启发复杂介质环境下的生/机界面粘附调控
文章亮点
本综述依据自然生物从干到湿的生存环境总结了典型生物粘附微纳结构及其附着机制（图2），从生物多样性的角度探讨了接触界面的功能演化规律，分析了粘附界面上气液多介质的微纳动态行为规律以及相关粘附摩擦增强理论，阐明了接触界面介质调控及界面应力分布调控的重要性，系统阐述了微纳结构/材质协同仿生设计方法研究现状及发展趋势（图3）。此外，对精准仿生界面设计、制造方法及其在外科器械和柔性电子等医疗领域的应用进行了比较与评估，为满足医疗界面的多样化需求提供了创新性的研究思路。
图2. 从陆地到水生环境的代表性生物粘附结构
图3. 微纳材质结构调控界面介质行为及应力分布实现粘附增强
总结/展望
本综述概述了软组织/医疗器械界面在精准医疗领域所面临的挑战，总结了典型强粘附生物在干燥、潮湿及水下环境中的粘附策略及其典型微纳结构特征。通过分析微纳结构与材质特性的环境适应性变化，归纳了仿生微纳表面结构在界面粘附调控的作用机制。针对医疗湿润多介质环境、低损伤、生理相容性等要求，综述了生/机接触界面的仿生粘附策略，重点探讨了表面微纳结构与材质特性对界面介质行为与应力分布的影响规律。进一步讨论了适用于多种环境的仿生表面设计与制造，以及强粘附表面在医疗领域的应用，包括手术器械、组织修复及柔性电子器件等。最后，分析了仿生粘附表面在设计与制造方面存在的挑战，并展望了未来发展趋势。
相关论文发表在期刊ACS Nano上，北京航空航天大学博士研究生郭雨润、王晓博为文章共同第一作者，陈华伟教授、张力文副教授为通讯作者。
通讯作者信息：
陈华伟 教授
陈华伟，教授，博导。主要从事微纳仿生表面制造、界面微流体行为理论、柔性电子制造及其微纳制造装备等方面的研究工作，聚焦于多学科交叉前沿研究领域，以解决航空航天以及军事装备的重大表面工程技术难题为目标，在揭示自然生物原型表面中首次发现了液膜单方向连续搬运及法向碎化均匀铺展新机制，发展出了梯度泰勒毛细升理论，提出了复杂微纳表面结构生物成形制造工艺方法，研制出可编程微纳结构4D打印、压印成形装备等，相关研究成果已成功应用于无人机、复材蒙皮防冰以及精准医疗器械防粘防滑，发表了国内机械工程学科首篇Nature。近年主持国家自然科学基金重点、重点研发计划、军科委创新特区项目、总装预研等20余项，发表研究论文100余篇，包括Nature、Nature Materials、Science Advances、Advanced Materials、Advanced Functional Materials等，合著专著4部。
张力文 副教授
张力文，副教授，博导。主要开展微纳仿生表面功能化设计、微纳智能制造和柔性传感技术研究，探索多材料、多尺度、多功能的复杂微纳制造工艺，实现精准生/机功能表面制造，实现了柔性传感装置和微创医疗器械制备应用。相关研究发表Science Advances，Advanced Functional Materials，Research和 Advanced Science等SCI期刊论文共计46篇，参与撰写专著2部，申请发明专利12项。承担国家自然科学基金和北京市自然科学基金，获博新计划和北航青拔等人才项目支持，参与国家重点研发计划和国家自然科学基金重点、重大项目。
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ACS Nano 2025, 19, 10, 9684–9708
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17864
Published March 6, 2025
© 2025 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xiaodong Chen
Nanyang Technological University
ACS Nano 是一个用于交流化学、生物学、材料科学、物理学和工程学领域有关纳米科学和纳米技术研究综合类文章的国际平台。此外，该期刊致力于促进科学家之间的交流，开发新的研究机会，通过新发现来推动领域的发展。
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