中国科学家揭示猪笼草“油嘴滑虫”机制

菲律宾独特的“食肉植物”猪笼草以吃昆虫而闻名，但它的“唇”是嘴的边缘区域。在潮湿的环境中，北京航空航天大学和中国科学院物理化学研究所的研究小组发现了液体可以在没有外部能量的情况下传输的奇特现象。该团队还分析了猪笼草“唇”的微观结构，揭示了猪笼草“光滑昆虫”液膜自动输送液体，使昆虫不停地滑入笼子的机理，并建立了液膜输送的理论计算模型。

这项有趣的研究结果发表在4月7日的《自然》在线版上，题目是“荆芥口缘地区地表水的连续定向输送机制”。

据报道，哈佛大学研究了如何模拟猪笼草的“嘴唇”来开发润滑材料。为什么猪笼草的“嘴唇”能长时间保持水和水的湿润？科学界还没有进行任何深入的探索。

在国家自然科学基金重大项目“精密微创手术器械创新制造基金会”、“超侵入表面材料项目组”的支持下，长期从事化学仿生学研究的中国科学院院士、北京航空航天大学仿生学微纳制造研究教授张和齐聚一堂。自2013年以来，他们共同研究了猪笼草“唇”及其成分的微观结构和功能之间的关系。

在实验中，张和的团队发现猪笼草“嘴唇”的连续处理能力是保证湿滑条件和使昆虫动物站不住脚的根源。基于这一发现，合作团队模拟了猪笼草口缘区域的表面结构并进行压印成型，成功复制了猪笼草口缘区域的工作机制，实现了生物功能转移制造。姜磊的团队通过进行数学分析、计算和建模，在理论上进一步推动了这一现象，使人类有可能广泛使用猪笼草“唇”的功能。

“仿生研究的最终目标在于应用。水是在猪笼草的嘴边缘区域输送的。如果人类想要应用这种生物功能，他们不仅需要运输水，还需要运输油或其他液体物质，这需要建立一个理论基础。”姜磊指出。

学术界许多人都明白，这一成就发展了传统的泰勒毛细上升理论。这一成果不仅是一个新的重要发现，而且由于仿生设计和制造的成功以及理论模型的建立，其应用前景将是不可估量的。

评论家认为，这项研究令人兴奋的地方在于，人类可以借助生物学的精巧设计，巧妙地创造出非常规项目来解决一些难题。虽然很难预测这样一个项目的出现，但新的解决方案已经大放异彩。

猪笼草口缘区域无动力消耗的微量运输，必将为人类节约动力和能源发挥许多想象。如果将其应用于农业生产中的滴灌，包括抽取地下水，将节省大量电能。

陈华伟告诉记者，使用这种非外部电力输送方式可以使水在水平方向上长距离输送，原则上可以无限期延长。

事实上，合作团队已经开始将这一成果推广到医用手术刀的应用上。

张介绍，目前国内外的外科医生在使用能量手术刀(电刀)进行切割时，需要同时完成切割和止血。然而，软组织经常被刀卡住，手术刀被切割数次后需要清洗，这不仅延长了手术时间，而且影响了手术的准确性和患者的康复，已经成为一个国际性的问题。为此，国家自然科学基金会设立了一个重大项目，“精密微创手术器械创造和制造基金会”。合作研究人员以猪笼草的“嘴唇”为例，试图解决手术过程中粘刀的问题。将类似猪笼草“嘴唇”的滑液涂在手术刀上，可以使手术刀在切割时不会粘上软组织。相关技术合作团队已申请专利。