科學人／榮登《Nature》封面！白浪滔滔也沖不走這隻黏死死的黃色小鴨

即使是號稱「超強力」的黏著劑，在面對嚴苛環境時，往往也只能投降舉白旗。傳統黏著劑在水下常常「軟腳」，難以提供及時、強韌且可重複使用的黏合力。想想雨天脫膠黏不回去的鞋底，是不是很令人抓狂？別急著放棄，來自日本北海道大學的科學家們，似乎為這難題找到了終極解方！他們發明了一款黏到爆的水凝膠（hydrogel），刷新了水下黏著力的世界紀錄。這項突破性的研究成果，剛發表在頂尖科學期刊《自然》（Nature）上並榮登封面故事，在你眼前的不是千年魔法使，而是一隻緊緊黏在海岸礁石上整整一年、大浪怎樣都沖不走的黃色小鴨！

從蛋白質資料庫挖出百萬帕斯卡黏著力

這個超乎想像的黏性材料，是分子生物學與人工智慧（AI）兩大領域的結晶。研究團隊首先在美國國家生物科技資訊中心的蛋白質資料庫中進行資料探勘，篩選了將近25000種來自古菌、細菌、真核生物甚至病毒的黏著蛋白（adhesive protein）序列。他們像偵探一樣抽絲剝繭，從這些自然界裡的天然黏著劑身上，找出了在水中仍能牢牢黏著的關鍵胺基酸序列。

接下來，研究人員將這些蛋白質的序列特徵，巧妙地轉化為聚合物（polymer）鏈的設計原則，並成功合成出180種水凝膠。有趣的是，這些初步合成出來的水凝膠，其黏著力就已經超越了過去文獻中報導的許多黏著材料。

然而，真正的魔法發生在機器學習（machine learning）介入之後！研究團隊將這180個水凝膠的資料，餵給了AI演算法進行深度分析與優化。結果令人讚嘆！最終誕生的「機器學習優化水凝膠」，其水下黏著強度竟然突破了1百萬帕斯卡（MPa）。這到底是什麼概念？如果將這種水凝膠裁切成一張郵票大小，理論上能夠撐起一個重達63公斤的成年人，完完全全是以小搏大！

把黃色小鴨黏在海邊也算科學實驗？

為了證明這個水凝膠的超凡實力，研究團隊進行了一個看起來很搞怪的實驗：他們將一隻黃色小鴨黏在海邊的礁石上！結果它竟然抵禦了連續不斷的海浪沖刷超過一年，我們可以從加速影片看到它經歷大浪濤沙卻不動如山的奇觀。研究通訊作者范海龍副教授（時任北海道大學，現任職於中國深圳大學）表示：「我們開發出了一種在水下也能極其有效地運作的超黏水凝膠，這是材料科學界很難達到的成就。」

在其他正經的實際應用實驗中，這種水凝膠還展現了能瞬間封堵住破裂水管的高壓漏水、可以重複黏貼使用而黏性不減的超凡能力。論文指出，這種水凝膠對各種基材都有效，無論是無機材料、塑膠還是金屬，從淡水到鹹水都具強效黏性，研究團隊也透過實驗證實了它在小鼠皮下植入後表現良好，顯示其具備生物相容性。這些突破性發現意味著它在生物醫學工程領域，如手術黏合劑、傷口敷料或醫療植入物，或是在深海探測等嚴苛環境下，都有著巨大的應用潛力。

軟材料設計的新典範，前途無量

美國雪城大學的生物材料學家趙勤（Zhao Qin，音譯）對這項研究讚譽有加，稱其「展示了科學家設計高性能軟材料方式的典範轉移」，特別是團隊從自然蛋白質中識別黏性模式並應用於新材料開發的策略。

當然，任何突破都伴隨著挑戰。趙勤指出，目前成果看起來這種水凝膠要發揮最佳性能，可能還需要一定的厚度。未來，研究團隊將繼續探索如何讓它在更複雜、多變的實際運用環境，例如粗糙或受污染的表面上，也能保持穩定黏著性。目前，北海道大學已為這項劃時代的材料申請了專利，準備將這份「超黏力」帶到全世界。看來，那些惱人的脫膠問題，或許很快就要成為歷史名詞了！

資料來源：

1.Liao, H., Hu, S., Yang, H. et al. (2025). Data-driven de novo design of super-adhesive hydrogels. Nature 644, 89–95. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09269-4

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（本文出自2025.08.07《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）