冰冷世界中的无冰：发现可能导致无冰仿生表面
由于贻贝“Adamussium colbecki”的表面结构规则，冰仅非常微弱地附着在其上，很容易被水流冲走。来源：MPI-P
特殊的外壳保护南极扇贝不结冰。
不会结冰的飞机机翼或即使在冬天也能发电的太阳能电池——不结冰的表面对于许多应用都很重要。由阿拉斯加东南大学教授、马克斯普朗克聚合物研究所小组组长康拉德·梅斯特领导的一个科学家小组现在研究了一种南极扇贝物种，该物种借助其壳表面来对抗结冰过程。由于它们的特殊结构，薄冰层附着力差，很容易被水流冲走。从长远来看，这一发现可能有助于开发无冰仿生表面。
南极水域有条件，即使在水下，物体和生物也会结冰。这是极地地区海上旅行的一个主要问题。所谓的过冷水的温度刚好低于冰点。由于含盐量高，南极洲的水的冰点约为-1.9°C，但温度低约0.05°C。最小的干扰，如沙粒或表面，都会导致这种过冷的水结冰——有时会对无法在冰冻中生存的生物造成致命的后果。
正如化学家 Konrad Meister 所知道的那样，南极扇贝“Adamussium colbecki”可以抵抗这种情况。Meister 是阿拉斯加大学的教授，在美因茨的马克斯普朗克聚合物研究所 (MPI-P) 的米沙波恩系领导一个研究小组。在南极洲的一次探险中，潜水员将他的注意力吸引到了具有高效冰保护机制的扇贝上。“我们的潜水员报告说，他们从未在这种本土扇贝物种的表面观察到大规模的冰，”梅斯特说。
国际研究小组由几个 MPI-P 研究小组以及俄勒冈大学的成员组成，他们怀疑扇贝物种在进化过程中形成了一种特殊的表面结构，可以保护它免受结冰。虽然温暖地区的扇贝具有无序或光滑的贝壳表面，但南极物种具有微观、非常规则的结构。
显微镜显示在它们的外壳上呈放射状排列的小脊。这些山脊确保水在那里优先结冰。如果冻结过程继续下去，就会形成一层连续的冰，只停留在山脊上。由于冰和贝壳之间的低粘附性，因此最小的水下流量可以再次冲走冰，扇贝不会冻结。
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除了显微镜研究外，研究小组还对南极和温暖地区的扇贝进行了结冰实验。结果发现，去除南极扇贝上的冰层所需的力远小于其他物种。
“令人兴奋的是，进化显然赋予了这种扇贝优势，”康拉德·迈斯特说。“基于仿生学原理的新技术应用可以从无冰壳的知识中想象出来。例如，非结冰表面可能对极地航运非常感兴趣。”
研究人员现已将他们的研究发表在科学期刊Communications Biology上，该期刊来自Nature投资组合。
参考文献：
William SY Wong、Lukas Hauer、Paul A. Cziko 和 Konrad Meister 撰写的“南极扇贝 Adamussium colbecki 中的低温污垢避免”，2022 年 1 月 21 日，通讯生物学。
DOI: 10.1038/s42003-022-03023-6