摘要：今年是农历乙巳蛇年。在中国传统文化中，蛇被视为灵性的象征，它蜕皮重生的特性让人联想到生命力与智慧。作为中国神话中的人类始祖，人首蛇身的女娲有着抟土造人和炼石补天等丰功伟绩，不仅在历代文献中多有记载（下图左），到了现代也广受祭祀（下图右）。

今年是农历乙巳蛇年。在中国传统文化中，蛇被视为灵性的象征，它蜕皮重生的特性让人联想到生命力与智慧。作为中国神话中的人类始祖，人首蛇身的女娲有着抟土造人和炼石补天等丰功伟绩，不仅在历代文献中多有记载（下图左），到了现代也广受祭祀（下图右）。

左图选自《离骚图》的“女娲补天”图，刊印于清顺治二年，即1645年；右图为台湾省宜兰县大福补天宫女娲补天意象照。图片来源：Wikipedia

在化学的世界里，“蛇”同样扮演着神奇的角色，它不仅启发了科学家突破性的发现，还在实验室中展现出令人惊叹的化学之美。

1865年的一个下午，德国化学家凯库勒在办公室的椅子上小憩。半梦半醒间，他仿佛看到一条蛇咬住了自己的尾巴，形成了一个环状结构。这个白日梦让他豁然开朗，由此提出了苯的环状结构理论，解决了困扰有机化学界多年的难题。这个发现不仅奠定了芳香族化学的基础，更展现了科学发现过程中直觉与灵感的重要性。想象一下，如果凯库勒那天梦见的是一只追着自己尾巴转圈的猫，也许今天的有机化学教科书就要重写了！

奥古斯特·凯库勒(August Kekulé)是化学结构理论的先驱之一，培养了三位诺贝尔化学奖得主。而“衔尾蛇”也并非凭空冒出的灵感，而是自古就有的符号，当它以扭纹形状出现时，就成了数学上代表无限的符号“∞”。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed. & Wikipedia

在化学实验中，“法老之蛇”反应堪称最富视觉冲击力的演示之一。当硫氰化汞Hg(SCN)2受热分解时，会像一条巨蛇般从反应容器中蜿蜒而出，体积膨胀至原来的数十倍。这个反应得名于《圣经》中摩西手杖变蛇的故事，虽然因汞的毒性以及产物中的氰气 (CN)2和二氧化硫SO2等有毒气体现已很少演示，但它生动地展示了化学反应中物质形态的戏剧性变化。

不过要提醒各位化学爱好者，这个"魔术"还是留给专业人士表演，毕竟有毒气可不是闹着玩的，我们可不想真的召唤出“法老的诅咒”。图片来源：Lateral Science

化学实验室中还有许多与蛇相关的有趣现象。蛇形冷凝管得名于其蜿蜒的形态，这种设计大大增加了冷却面积；蛇毒中的蛋白质和多肽为药物研发提供了宝贵的研究素材；某些高分子材料在拉伸时会产生蛇皮纹路，这些纹路实际上反映了材料内部的微观结构变化。

和蛇形冷凝管原理（左）相同的还有工业上广泛应用的蛇形换热器（右）。图片来源：ChemGlass & Kaltra

在药物化学领域，蛇毒的研究催生了一类重要的降压药物——血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂。20世纪60年代，科学家在研究巴西矛头蝮蛇（Bothrops jararaca）的毒液时，发现其中含有一种能够抑制ACE活性的多肽。这一发现直接导致了第一种口服ACE抑制剂——卡托普利（Captopril）的诞生。卡托普利不仅成为高血压治疗的里程碑药物，还开启了基于天然毒素的药物设计新领域。如今，ACE抑制剂已成为全球最常用的处方药之一，为数以亿计的患者带来了福音。

用蛇毒来治病救人（左：巴西矛头蝮蛇；右：卡托普利结构式）。图片来源：Wikipedia

在疼痛治疗领域，黑曼巴蛇（Dendroaspis Polylepis）的毒液为人们带来了新的希望。研究人员从黑曼巴蛇毒中分离出一类被称为“mambalgin”的三指肽，它们能够通过抑制酸敏感离子通道（ASICs）来阻断疼痛信号。非常奇妙的是，这些肽在小鼠实验中展现出与吗啡相当的镇痛效果，但不会引起呼吸抑制或成瘾性，意味着它可能为那些对吗啡类药物产生耐受性的患者提供新的选择。这一发现不仅揭示了疼痛通路的新机制，也为开发非成瘾性镇痛药物开辟了道路。

黑曼巴蛇（左）及其毒液中成分之一mambalgin-1三指肽（右）。图片来源：Wikipedia

相比于药物开发领域的“以毒攻毒”，在材料科学领域，蛇类也会给科学家带来思想火花。

有研究者从中华眼镜蛇（Naja atra）的腹鳞结构中汲取灵感，开发出一种具有可调摩擦特性的纳米阶梯表面。蛇的腹鳞上布满定向排列的微纤维结构，形成纳米级阶梯，帮助它们在移动时实现高效的摩擦控制。

研究人员通过热压印技术，将这种结构复制到热响应型形状记忆聚合物中得到智能表面。这种表面在加热时，会从平坦状态转变为预定义的纳米阶梯结构。通过控制加热过程，可以精确调节阶梯的高度，从而定制表面的摩擦特性。图片来源：Adv. Funct. Mater.

这种设计不仅实现了微米级颗粒的单向传输，还能用于干式自清洁——只需轻微振动，颗粒就会沿着阶梯方向被“扫”走（加速10倍）。图片来源：Adv. Funct. Mater.

蛇鳞的结构同样启发了用来解决摩擦纳米发电机（TENGs）磨损难题的仿生复合材料薄膜。这种薄膜通过模仿蛇鳞的结构和成分，显著提升了机械弹性和耐久性。它不仅具有低摩擦和稳定的电荷输出性能，还能用于实际应用——比如集成到自行车中，为夜间骑行提供持续6小时的安全警示电力。

研究人员还将这种薄膜嵌入自行车座垫，用于捕捉骑行者的生物力学信息，结合机器学习，实现了高精度的用户识别和地形坡度分类，为未来的智能医疗应用铺平了道路。图片来源：Nano Energy

从凯库勒的梦境到实验室中的神奇反应，从药物开发到仿生材料，“蛇”在化学发展史上留下了独特的印记。这些科学发现不仅展现了自然界的奥秘，也启示我们——科学探索需要理性思维，同样需要灵感的火花。正如蛇在中国文化中象征智慧与生命力，它在化学世界中也持续激发着人类的科学想象力。

在农历乙巳蛇年新春之际，让我们以蛇的智慧与灵动为启示，在化学研究的道路上继续探索未知，发现更多自然界的奥秘。毕竟，谁知道下一次重大科学突破，会不会又是来自一条“蛇”的启示呢？

参考文献：

Rocke, Alan J. "It began with a daydream: the 150th anniversary of the Kekulé benzene structure." Angewandte Chemie International Edition 54, no. 1 (2015): 46-50.

Diochot, Sylvie, Anne Baron, Miguel Salinas, Dominique Douguet, Sabine Scarzello, Anne-Sophie Dabert-Gay, Delphine Debayle et al. "Black mamba venom peptides target acid-sensing ion channels to abolish pain." Nature 490, no. 7421 (2012): 552-555.

Craik, David J., and Christina I. Schroeder. "Peptides from mamba venom as pain killers." 52, no. 11 (2013): 3071-3073.

Wu, Weibin, Markus Guttmann, Marc Schneider, Richard Thelen, Matthias Worgull, Guillaume Gomard, and Hendrik Hölscher. "Snake‐Inspired, Nano‐Stepped Surface with Tunable Frictional Anisotropy Made from a Shape‐Memory Polymer for Unidirectional Transport of Microparticles." Advanced Functional Materials 31, no. 19 (2021): 2009611.

Huang, Ming-Zheng, Parag Parashar, An-Rong Chen, Shih-Chen Shi, Yao-Hsuan Tseng, Kee Chin Lim, Hsuan-Yu Yeh, Arnab Pal, Dun-Yen Kang, and Zong-Hong Lin. "Snake-scale stimulated robust biomimetic composite triboelectric layer for energy harvesting and smart health monitoring." Nano Energy 122 (2024): 109266.

来源：X一MOL资讯