动物防御机制如何启发新材料研发？
动物防御机制如何启发新材料研发？
近年来，科学家们通过研究动物的防御机制，开发出了多种新型仿生材料。这些材料不仅在军事防护领域有广泛应用前景，还在日常生活中展现出巨大潜力。例如，受甲虫外壳启发的防弹衣更加轻便耐用，而模仿章鱼皮肤的智能变色材料则有望应用于伪装技术及时尚设计。这些创新成果展示了仿生学在推动科技进步中的重要作用。
果蝇的基因转移启示
果蝇通过水平基因转移（HGT）获得细菌基因以增强免疫系统，这种机制可能为医学领域提供新的思路。研究发现，果蝇通过整合细菌基因，不仅提升了自身的免疫能力，还在生态竞争中获得了优势。这种基因转移的机制在多细胞生物中相对少见，但果蝇的案例挑战了传统理解，显示了基因转移在生物适应中的重要性。
仿生布利冈结构材料的突破
中国科学技术大学在仿生布利冈结构材料研究方面取得重要进展，开发出具有动态可重构纤维界面的仿生材料，这种材料在生物医用领域具有显著的应用前景。
布利冈结构由纳米纤维基元单向组装成层进而螺旋堆叠而成，在鱼鳞片、龙虾腹膜、骨骼等生物材料中广泛存在。独特的纤维多级结构和稳健的纤维界面作用，可赋予生物材料卓越的力学性能，因此引起研究人员的广泛关注。
中国科学技术大学俞书宏院士领导的仿生材料研究团队针对纤维基元界面设计研究薄弱的现状，基于网络态适应型纳米纤维基元的适度有序力学设计理念，开展了仿生布利冈结构多级次可重构纤维基元界面设计的系统性研究，提出“仿生适度有序布利冈结构”的概念，分级构筑了具有动态可重构纤维界面的仿生布利冈结构材料。
这种独特的仿生界面和半有序结构设计将为广泛存在的网络态纳米纤维基元的仿生组装及组装体高性能化与应用提供新的启示和指导。相关研究成果以“Hierarchical and reconfigurable interfibrous interface of bioinspired Bouligand structure enabled by moderate orderliness”为题发表在国际综合性期刊《科学进展》（Science Advances2024,10, eadl1884）。
生物启发材料的广泛应用
生物启发式设计在材料科学领域已有广泛应用，如模仿蜻蜓翅膀开发超疏水表面，模仿鲎的生物胶开发新型胶水等。
举个例子，借鉴蜻蜓翅膀的微纳结构，科学家们设计出了一种超疏水表面，可以在水面快速移动，具有广泛的应用前景，如减少船舶阻力、提高液滴传输效率等。另外，通过模仿鲎的强韧生物胶，科学家们开发出了具有高强度和韧性的新型胶水，可以广泛应用于医疗、建筑等领域。
除了单一材料的设计，生物启发式设计还可以帮助科学家们创造出复合材料和智能结构。例如，借鉴树叶的微观结构和光合作用原理，科学家们设计出了一种具有自洁能力的复合材料，可以应用于建筑外墙、汽车涂层等领域，大大减少清洁维护成本。
未来展望
生物启发材料研究的重要意义在于，它不仅能够推动材料科学的发展，还能够为解决人类面临的各种挑战提供新的思路。例如，通过模仿生物体的自愈机制，科学家们可以开发出具有自我修复功能的智能材料；通过模仿生物体的光合作用，可以开发出更高效的太阳能转换技术。
随着生物启发式设计的不断发展和深入研究，我们有望看到更多基于生物的智能材料应用于各个领域，为人类生活带来更多便利和进步。让我们共同期待，探索生物世界的奥秘，创造出更多具有生命力的智能材料，开启科技创新的新篇章。