在水下环境中实现对软质基底的稳定粘附，长期以来一直是科学研究和工业应用中的重大挑战。尤其是在极端pH值变化、长期湿润及动态变形的软组织或材料表面，传统粘合剂的性能往往无法满足实际需求。机械式水下软质基底粘附装置作为一种革新性的解决方案，正逐步展现出其独特优势和巨大潜力。通过借鉴自然界中某些生物的粘附机制，这类装置不仅克服了光滑或粗糙软表面粘附难题，还实现了在动态、复杂环境中持续而强力的附着。深入探讨其设计原理、功能验证及多领域应用，有助于推动水下粘附技术迈上新台阶。 水下粘附技术面对的困境主要源于水的干扰及软质材料表面的柔软多变。
传统粘合剂多依赖于化学键合或表面相互作用，这些往往受限于干燥、平滑的固态界面，且对pH、湿度及机械变形的适应力较差。相比之下，机械式粘附通过物理结构与环境的力学交互，实现稳定附件，避免了对化学活性的过度依赖。这一理念的灵感来源于生活在海洋环境中的梭鱼，它们演化出具备强大机械粘附功能的吸盘，能够依附于各类海洋生物甚至船只表面。生物学研究展示了梭鱼吸盘结构的多室设计及细微的齿状微刺，这些特征促成了精细的机械互锁及真空吸附效应，确保在变化多端的软组织表面中实现牢固粘合。 机械式水下软质基底粘附装置通过模拟梭鱼吸盘的构造，发展出多室复合的柔性吸附装置。各个结构单元独立运作，彼此协同分摊外界剪切力和动态干扰，从而提升整体稳定性和持久性。
根据不同软组织的弹性模量、粗糙度和完整性，装置内部的软质边缘及多角度排列的微结构能够主动调整接触面积，实现卓越的密封性能和抗滑脱能力。此外，采用温度响应性合金材料作为微型支撑架，可以通过体温诱导的形状记忆效应，实现设计时控制的内部机构形态变换，从而增强装置与软质界面的机械勒紧效果。这种无外部动力驱动的自适应策略，极大提升了装置的便捷性和应用场景广泛性。 在性能评估方面，机械式水下粘附装置的优势尤为明显。实验表明，该系统在各类软材料表面能够达到高达千倍于自身体重的粘附力，且不受水环境中不同pH值的影响，保持强力且持久的附着。与市面上的多种高性能湿粘合剂相比，机械粘附装置不仅实现了即刻粘附，无需长时间压制助力，而且表现出了对动态变形和局部缺损表面的高容忍度。
无论是在生物体胃肠软组织、合成水凝胶还是其他柔性软电子材料表面，均展现出卓越的适应能力和可靠性。 传感器、药物输送及生物医学领域是机械式水下软质基底粘附装置潜力巨大的应用方向。基于其稳定粘附能力，轻便的设备能够被设计为无源无线水下温度传感器，利用机械互锁持续贴附水生生物，实现实时的生态环境监测。同时，在医疗领域，该装置支持在胃肠道等内部软组织处长期停留，辅助数字化健康监测和生理状态感知。例如通过集成阻抗传感器，能够非侵入性地实时监测胃食管反流病，改善患者生活质量。更重要的是，装置的机械微针结构具备穿透黏膜屏障的能力，推动口服长效抗病毒药物的持续释放，提升治疗顺应性，同时促进mRNA等生物大分子的有效递送，实现疫苗和基因治疗药物的局部靶向应用。
为了确保安全性与生物相容性，机械式水下软质粘附装置采用对人体无害的硅胶材料制造，且附件部结构经过精密设计，避免对组织造成不可逆损伤。猪模型及鱼类实验验证了装置的长期稳定附着性及安全性。在体内测试中，装置能够安全通过胃肠道，且组织无明显炎症或损伤反应，标志着其在未来医疗器械及智能药物递送方面的广阔前景。此外，可控生物降解材料的运用使得装置具备可编程的粘附时长，满足不同临床和工业需求。 从工程设计角度看，对多室结构的精细调控是机械式水下软粘附装置性能优化的关键。结构中软边缘厚度、微型抓钩的排列角度与数量以及主体刚性支撑核心的搭配均通过大量机械测试与有限元模拟获得最优组合方案。
粒子图像测速实验进一步揭示了装置水动力学特征，证实多角度分布的吸附面设计能够更高效地排出界面水分，形成稳定负压环境。相比之下，单一角度排列结构粘附力较弱且容易滑移。这些生物物理与力学机制的深入挖掘为实现针对不同软组织与工艺材料的定制化设备提供了理论支持和设计框架。 未来，随着柔性电子技术及高分子材料的发展，机械式水下软质基底粘附装置有望集成更多智能传感与执行模块，实现连续环境监测、主动反馈及药物定向释放。创新型抗污损涂层将改善装置在长期水下使用过程中的耐久性和粘附稳定性。结合机器学习等先进算法，装置的粘附行为与脱落策略亦可实现智能调节，适应更为复杂和多变的水下环境。
此外，机械粘附技术本身的制造成本较低，尺度可调，有望大规模推广应用于海洋装备固定、机器人水下作业以及医疗内窥检查等领域。 机械式水下软质基底粘附装置作为一种机械仿生创新产物，成功突破了传统湿粘合剂的限制，实现了长效、安全且适应动态软组织的水下粘附。其从生物启发的多室结构设计与温控自驱动机制，到对复杂软质环境的卓越匹配，体现了跨学科融合的力量。围绕该技术的多样化应用通过动物模型验证，彰显其在生态监测、临床诊断及精准给药等领域的实用价值。未来的研究与产业发展将依托该平台，开启水下智能粘附装置的新纪元，助力医疗健康、海洋科学与机器人技术等多个高新领域迈进新的高度。
