做材料没灵感？看看周围世界万物，一切皆可模仿！变色龙、猎豹、蚕、蜘蛛、仙人掌、松果、苹果、树叶等等
大自然的创造力是无限的，而人的思维空间是有限的，所以人需要学习大自然创造的万物，于是有了仿生。
以上为玄学说法，实际上随着人类对大自然万物认知的进步以及科技的发展，模仿生物已经成为一门学科，即为仿生学，仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。目前，仿生在电子器件、机器人、生物材料、生物医学领域都有应用。
变色龙、猎豹、蚕、蜘蛛、仙人掌、松果、苹果、树叶等，都可以成为模仿学习的对象，下面就从奇物论编辑部精选的2020年上半年部分有关仿生的研究成果中了解一下其他科研工作者是如何受大自然万物启发的吧！
1.AFM：生物启发的可拉伸、粘合和导电结构彩色薄膜，用于视觉柔性电子产品
柔性电子器件的迅速发展引起了人们极大的兴趣，如健康监测设备、传感皮肤、植入式仪器等。有鉴于此，南京大学医学院附属鼓楼医院的赵远锦等研究人员，从贻贝的粘附特性和变色龙的变色机理出发，提出了一种新颖的可拉伸、可粘合、可导电的结构彩色薄膜。
本文要点：
1）将导电碳纳米管聚多巴胺（PDA）填料加入弹性聚氨酯（PU）反蛋白石支架中制备薄膜。
2）由于PU层具有优异的柔韧性和反蛋白石结构，薄膜具有稳定的拉伸性能和鲜明的结构色彩。
3）此外，PDA上的邻苯二酚基团使PDA膜具有较高的组织粘附性和自愈能力。
4）值得注意的是，由于其响应性，合成的胶片具有对运动做出响应的变色能力，可作为双信号软人体运动传感器，用于实时颜色传感和电信号监测。
这些特性使得基于生物的水凝胶电子学在柔性电子学领域极具潜力。
Yu Wang, et al. Bio‐Inspired Stretchable, Adhesive, and Conductive StructuralColor Film for Visually Flexible Electronics. Advanced Functional Materials,2020.
DOI：10.1002/adfm.202000151
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202000151
2.Science Advances：受猎豹启发的高速、高强度软机器人
由于软材料的固有局限性，软机通常表现出较低的运动速度和较低的操纵强度。于此，受猎豹的启发，北卡罗莱纳州立大学尹杰等人提出了一种通用设计原理，该原理利用了各种脊柱式快速而坚固的软机的机械不稳定性。
本文要点：
1）与当前设计为固有且单稳态的大多数软机器人不同，本文设计利用可调节的快速咬合双稳态来充分探索软机器人在数十毫秒内快速存储和释放能量的能力。
2）通过三台高性能软机展示了这种通用的设计原理：运动速度为2.68体长/秒的高速猎豹状的爬行器，高速水下游泳者（0.78体长/秒）和大范围1到103（最大负载能力为11.4 kg）刚度调节的高力双稳态软抓手。
该研究建立了下一代高性能软机器人的通用设计范例，该范例适用于多功能性，不同的致动方法和多尺度的材料。
Tang Y, et al. Leveraging elasticinstabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed andhigh-force soft robots. Science Advances. 2020;6(19):eaaz6912.
DOI: 10.1126/sciadv.aaz6912
https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaaz6912
3.Angew：受蚕丝启发的β-肽材料抗结垢和异物反应
宿主的异物反应（FBR）通常会损害医疗设备等植入物的功能。有鉴于此，华东理工大学的刘润辉等研究人员，报道了以蚕丝中富含丝氨酸的丝胶为灵感，开发了低FBR材料。
本文要点：
1）聚高丝氨酸(Poly-β-Homoserine，β-HS)材料由亲水性的非天然氨基酸β-高丝氨酸组成。β-HS的自组装单分子层(SAM)可以抵抗不同蛋白质的吸附，也可以抵抗细胞、血小板和不同微生物的粘附。
2）持续3个月的实验表明，当植入对照聚乙二醇水凝胶时，引起明显的炎症反应、胶原包裹和巨噬细胞聚集，而β-HS水凝胶的这些反应最小。
3）令人惊讶的是，β-HS水凝胶可在植入物附近的组织中诱导血管生成。
4）分子动力学模拟表明，β-HS的低FBR性能是由“双氢键水合”造成的，其中β-HS的主链酰胺基和侧链羟基均发生水合。
Donghui Zhang, et al. Silk‐Inspired β‐Peptide MaterialsResist Fouling and the Foreign‐Body Response.Angewandte Chemie International Edition, 2020.
DOI：10.1002/anie.202000416
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000416
4.ACS Nano：受仙人掌刺启发的超湿性微刺芯片用于生物传感
在微流控生物芯片的临床检测中，没有额外能量输入的定向液滴传输仍然是一个挑战。在此，受仙人掌刺椎集水行为的启发，深圳大学张学记院士、中国科学院理化技术研究所王树涛、北京大学第三医院马潞林、北京科技大学许利苹等人制备了基于纳米材料的超湿性微刺(SMS)芯片。
本文要点：
1）仿生SMS芯片通过协同几何不对称性和表面超亲水性，能够实现自发和定向地传输液滴。根据理论模型，由于SMS芯片的几何不对称性引起的拉普拉斯压力梯度可以控制液滴的定向传输，纳米材料微刺的超亲水性也有助于液滴的自传输。
2）多微通道SMS芯片提供了一种简单、节能的技术，可以实现前列腺癌患者血清前列腺特异性抗原(PSA)的准确检测，显示出作为临床应用生物传感平台的巨大潜力。
综上所述，这种受生物启发的超湿性二维圆锥表面将为智能微流控器件的设计提供有效的手段，并在多组分生物传感和临床检测方面具有巨大的应用潜力。
Yanxia Chen, et al. Bioinspired SuperwettableMicrospine Chips with Directional Droplet Transportation for Biosensing, ACSNano, 2020.
DOI: 10.1021/acsnano.0c00324
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00324
5.AFM：松果启发的纳米结构智能微笼实现纳米/微米粒子药物递送
药物递送在医学和健康中起着至关重要的作用，但使用刺激触发载体按需递送大尺寸药物是极具挑战性的。目前的大多数胶囊都是由具有纳米孔径(<10 nm)的聚合物致密外壳组成，因此通常缺乏对纳米/微米粒子药物的渗透性。在此，美国西弗吉尼亚大学李丙运等人报告了一种松果启发的由纤维素纳米纤维(CNFs)组装而成的具有开放网壳的的智能微笼，用于纳米/微米粒子药物递送。
本文要点：
1）这种方法允许纳米结构、功能化的CNFs大规模地组装成机械坚固的、干草堆状的网壳，具有可调的大通孔和多肽锚定点。
2）这种开放的网壳可以在损伤刺激下智能地打开/关闭，使治疗“始终按需进行”。
3）由此产生的松果启发的微笼具有优异的结构稳定性、超亲水性、pH触发，以及智能跨壳传输新出现的抗菌银纳米颗粒和生物活性硅酸盐纳米血小板(尺寸>100 nm)等综合性能，使其能够实现非凡的抗感染和骨再生。这项工作为医疗和环境应用的多功能封装和递送载体的设计和开发提供了新的见解。
Shichao Zhang, et al. Pinecone‐Inspired Nanoarchitectured Smart Microcages EnableNano/Microparticle Drug Delivery, Adv. Funct. Mater. 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202002434
https://doi.org/10.1002/adfm.202002434
6.Nature Commun.：受蜘蛛丝启发，通过网络引导组装聚合物网络
天然蜘蛛丝的高韧性归因于其独特的β-折叠二级结构。然而，由于加工聚合物/蛋白质和管理疏水残基的组装所涉及的挑战，机械强度高的富含β-折叠的材料的制备仍然是重大挑战。受蜘蛛丝的启发，澳大利亚墨尔本大学的Greg G. Qiao等研究人员，有效地利用了无定形网络中局部β-折叠结构域所提供的卓越的机械韧性和稳定性。
本文要点：
1）在无定形亲水网络内使用从接枝聚合的方法，可通过N-羧酸酐开环聚合反应，在空间上控制聚缬氨酸和聚缬氨酸-r-甘氨酸作为形成β-折叠的多肽。
2）所得的连续β-折叠状纳米晶体网络在初始网络上显示出改进的抗压强度和刚度，而缺少分别高达30 MPa（比初始网络大300倍）和6MPa（比初始网络大100倍）的β-折叠的初始网络。
3）该网络在28天内显示出对强酸、碱和蛋白质变性剂的增强抗性。
Nicholas Jun-An Chan, et al. Spider-silkinspired polymeric networks by harnessing the mechanical potential of β-sheets through network guided assembly. NatureCommunications, 2020.
DOI：10.1038/s41467-020-15312-x
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15312-x
7.Adv. Sci.：受苹果皮干燥卷曲启发，基于水凝胶构建仿生微血管！
科学技术的发展常常借鉴自然现象。在此，上海交通大学崔文国、张余光、Xiaoming Sun，芬兰赫尔辛基大学Hélder A. Santos等人受苹果皮干燥后自发卷曲成中空小管的启发，利用平面材料在上下两层收缩性和膨胀率不同的驱动下卷曲来制备微尺度空心小管(MHTs)，提出了基于水凝胶的 MHTs，用于仿生微血管，促进微循环，提高随意皮瓣成活率。该方法具有精度高、可控性好、可操作性强等特点，有望解决组织工程实践中微血管早期形成的难题。
本文要点：
1）综合考虑生物相容性、细胞毒性和降解性能，选用光交联明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)或甲基丙烯酸化透明质酸。
2）由于不同形状的“苹果皮”形成不同的管状结构，利用相应形状的水凝胶，如Y形分支、吻合环和三角形环，制备了各种管道结构的MHTs。微血管支架的直径(50-500µm)可以通过调节水凝胶的浓度和交联时间来调节。
3）在此基础上，采用MHTs与人脐静脉内皮细胞共培养的方法，体外培养直径为50~500µm的仿生微血管。体内研究表明，它们在促进微循环和提高随意皮瓣存活率方面具有优异的性能。综上所述，该研究提出并验证了一种基于明胶、透明质酸等水凝胶材料的仿生三维自形成方法，用于构建具有高生物相容性和稳定性的仿生血管和微血管支架。
Liucheng Zhang, et al. A Biomimetic3D-Self-Forming Approach for Microvascular Scaffolds, Adv. Sci., 2020.
DOI: 10.1002/advs.201903553
https://doi.org/10.1002/advs.201903553
8.Small：人叶芯片--一种与腔室特定器官结合的仿生血管系统
血管网络是构建具有可控物理和生化变量的三维生理微环境的器官芯片系统的核心组成部分。受无所不在的生物系统，如叶脉和循环系统的启发，香港理工大学Zhao Xin、西安交通大学贺健康等人设计了一种制造策略，以开发自由设计腔室集成的仿生血管系统，并将其作为腔室特定血管化器官的壁龛。
本文要点：
1）为概念验证，制作了一个具有仿生多尺度血管系统的人-叶-芯片系统，该系统将自组装的三维血管系统连接到腔室中，模拟了连接血管化器官的人体心血管系统的体内复杂结构。
2）此外，在系统的两个半部分中分别构建了两种不同类型的血管化器官，以验证其在单芯片中进行器官特异性转移研究的比较实验的可行性。
3）通过人脐静脉内皮细胞(HUVECs)成功培养人肝癌G2细胞(HepG2s)和间充质干细胞(MSCs)，表明血管形成良好，通过灌注胰腺癌细胞模拟器官特异性转移，结果表明MSCs对肿瘤的包埋效果明显，而HepG2s则没有这种良好的包埋效果。
鉴于其良好的培养效果、研究设计的灵活性和易于修改性，上述结果表明，在保留器官间串扰的同时，仿生人-叶-芯片在比较和转移研究中具有巨大的潜力。
Mao Mao, et al. Human‐on‐Leaf‐Chip: A Biomimetic Vascular System Integrated with Chamber‐Specific Organs. Small, 2020.
DOI: 10.1002/smll.202000546
https://doi.org/10.1002/smll.202000546