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导读

众所周知，“人往高处走，水往低处流”。但是年少而对世界充满好奇的我们，是否在仲夏的某个夜晚，面对着满天星空，想过有没有什么办法可以让水往高处流呢？仿生领域的研究使得曾经的好奇不再是梦。研究表明沙漠甲虫、荷叶、润湿蛛丝等包含可以定向运输水的生物原型数不胜数。研究最广泛的生物原型莫过于猪笼草，经过科学家对猪笼草捕虫功能的系列探究，发现了猪笼草内部的水滴逆向搬运机理，使得水往高处流不再是梦。这些特异功能通常归功于其纳微尺度上的分级结构，运输过程中的驱动力主要是表面能梯度和拉普拉斯压力梯度。

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作者简介

强振峰，清华大学精密仪器系20级博士生，导师为王雪教授。目前主要研究方向为气体传感器系统研究。

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猪笼草宏观结构解析

猪笼草属于热带食虫植物。其拥有一个独特的吸取营养的器官-捕虫笼，捕虫笼呈圆筒形，下半部稍膨大，笼口上具有盖子，因其形状像猪笼而得名。如图1所示，翼状猪笼草叶笼主要由笼盖、唇部、蜡质区和消化区四个部分构成。笼盖覆盖在笼口的上方，主要可防止雨水进入笼中，避免雨水进入降低笼中消化液的酸性。唇部由大量的径向脊规则的排列组成，由内向外蜿蜒伸出，包裹在笼口上，其红色的颜色特征以及分泌的蜜液能吸引昆虫，而其储存液体的沟槽所形成的超润滑结构能滑落昆虫。蜡质区表面覆盖了一层白色的蜡质，具有滞留昆虫防止其逃离叶笼的功能。

图1 猪笼草形貌图

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逆向运输原理的研究及揭秘

猪笼草唇部的表面形态研究一直吸引着国内外学者的目光，如图2所示，英国剑桥大学U.Bauer对猪笼草唇部捕虫机理进行了分析，发现其唇部表面分布高度规则的微观结构，该结构由双级径向脊构成，第一级径向脊高度、跨度和形状有较大差异，而第二级径向脊由整齐的表皮细胞组成，分布比较均匀。进而产生了猪笼草唇部亲水特性，研究表明这两级径向脊增大了表面粗糙度，利用微观形貌和毛细作用力能使液体完全润湿表面。在潮湿环境下，猪笼草唇部始终被一层薄水膜所覆盖。