許多昆蟲(包括果蠅)的眼睛都覆蓋著一層薄薄的透明涂層，該涂層由具有抗反射、抗粘連特性的微小突起組成。發(fā)表在《自然》雜志上的一篇文章揭示了這種納米涂層是如何制造的秘密。

來(lái)自日內(nèi)瓦大學(xué) (UNIGE) 和洛桑大學(xué) (UNIL) 以及蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 (ETHZ) 的作者表明，涂層僅由兩種成分組成：一種稱為視黃素的蛋白質(zhì)和角膜蠟。這兩個(gè)組件通過(guò)在 1950 年代 Alan Turing 建模的形態(tài)發(fā)生過(guò)程中分別扮演激活劑和抑制劑的角色，自動(dòng)生成規(guī)則的突起網(wǎng)絡(luò)。多學(xué)科團(tuán)隊(duì)甚至通過(guò)在不同種類的表面上混合視黃素和蠟，成功地人工再現(xiàn)了這一現(xiàn)象。這個(gè)過(guò)程非常便宜并且基于可生物降解的材料，被用來(lái)獲得具有類似于昆蟲形態(tài)的納米涂層，具有抗粘連和抗反射功能，可以在不同領(lǐng)域有許多應(yīng)用隱形眼鏡、醫(yī)療植入物和紡織品。

“覆蓋一些昆蟲眼睛表面的納米涂層是在 1960 年代后期在飛蛾中發(fā)現(xiàn)的，”UNIGE 醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生理學(xué)和代謝系教授、該研究的首席研究員 Vladimir Katanaev 說(shuō)。“它由直徑約 200 納米、高度幾十納米的小突起的密集網(wǎng)絡(luò)組成。它具有減少光反射的效果。”

沒有涂層的昆蟲的角膜通常反射約 4% 的入射光，而在有涂層的昆蟲中，這一比例降至零。盡管 4% 的改進(jìn)看起來(lái)很小，但在進(jìn)化過(guò)程中選擇它已經(jīng)足夠了 - 特別是在黑暗條件下。由于其抗粘附特性，該涂層還提供物理保護(hù)，防止空氣中最微小的灰塵顆粒。

Katanaev 教授十年前就進(jìn)入了這個(gè)研究領(lǐng)域。2011 年，他和他的團(tuán)隊(duì)率先發(fā)現(xiàn)了果蠅(Drosophila melanogaster)眼睛上的納米涂層。這種昆蟲比飛蛾更適合科學(xué)研究，特別是因?yàn)樗幕蚪M已經(jīng)完全測(cè)序。

根據(jù)他們的初步結(jié)果，2015 年 Katanaev 教授和他的同事提出納米涂層是由英國(guó)數(shù)學(xué)家艾倫圖靈在 1950 年代建模的形態(tài)發(fā)生機(jī)制造成的。該模型認(rèn)為，兩個(gè)分子會(huì)自動(dòng)組織起來(lái)，以產(chǎn)生規(guī)則斑塊或條帶的圖案。第一個(gè)作為激活器，啟動(dòng)一個(gè)特殊模式出現(xiàn)并自我放大的過(guò)程。但它同時(shí)也刺激第二個(gè)分子，后者作為抑制劑并且擴(kuò)散得更快。這個(gè)模型使得在宏觀尺度上解釋自然現(xiàn)象成為可能——例如豹子上的斑點(diǎn)或斑馬上的條紋——和微觀尺度上但從未在納米尺度上解釋過(guò)。

這位日內(nèi)瓦研究人員現(xiàn)在收集了更多證據(jù)來(lái)支持這一假設(shè)。由于生化分析和基因工程的使用，Katanaev 教授和他的同事們成功地確定了圖靈開發(fā)的反應(yīng)擴(kuò)散模型中涉及的兩個(gè)組件。這取決于由幾種特殊酶產(chǎn)生的稱為視黃素和蠟的蛋白質(zhì)，其中兩種已被鑒定。視黃素起到活化劑的作用：最初是非結(jié)構(gòu)化的形狀，與蠟接觸后呈球狀結(jié)構(gòu)并開始產(chǎn)生圖案。另一方面，蠟起到抑制劑的作用。兩者之間的權(quán)力博弈導(dǎo)致了納米涂層的出現(xiàn)。

人造納米涂層

“我們隨后設(shè)法使用為此目的經(jīng)過(guò)基因改造的細(xì)菌以非常低的成本生產(chǎn)維甲酸，”Katanaev 教授說(shuō)。“凈化后，我們將其與不同的商業(yè)蠟混合在玻璃和塑料表面上。然后我們能夠非常輕松地復(fù)制納米涂層。它的外觀與昆蟲中的涂層相似，并具有抗反射和抗粘連性特性。我們認(rèn)為我們可以在幾乎任何類型的表面上沉積這種類型的納米涂層，包括木材、紙張、金屬和塑料。”

初步測(cè)試表明，該涂層可耐受 20 小時(shí)的水洗(它很容易被洗滌劑或劃傷損壞，但技術(shù)改進(jìn)可以使其更堅(jiān)固)?？狗瓷涮匦砸呀?jīng)引起了隱形眼鏡制造商的一定程度的興趣，而抗粘附特性可能會(huì)吸引醫(yī)療植入物的生產(chǎn)商。事實(shí)上，這種類型的涂層可以控制人體細(xì)胞的附著位置。工業(yè)界已經(jīng)擁有獲得這一結(jié)果所需的技術(shù)。但他們使用苛刻的方法，例如激光或酸。日內(nèi)瓦團(tuán)隊(duì)的解決方案具有廉價(jià)、良性和完全可生物降解的優(yōu)勢(shì)。

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