科学家复制了昆虫眼睛的自清洁抗反射涂层

俄罗斯和瑞士的科学家已经研究了覆盖小果蝇眼睛角膜的纳米结构。通过对他们的研究，团队了解了如何以经济高效且环保的方式生产具有抗微生物，抗反射和自清洁特性的安全的可生物降解纳米涂层。该保护涂层可以在包括医学，纳米电子，汽车工业和纺织工业在内的各种经济领域中找到应用。描述这些发现的文章发表在《自然》中。

远东联邦大学(俄罗斯FEFU)的科学家与日内瓦大学，洛桑大学和苏黎世的瑞士联邦理工学院的同事进行了跨学科研究项目，在此项目中，他们能够人为地复制纳米管的纳米涂层。自然设计的果蝇(果蝇蝇)角膜可保护昆虫的眼睛免受最小的尘埃影响，并阻止光的反射。

纳米涂层的工艺可以满足各个经济领域的需求。它可以包裹任何平面或三维结构，并根据任务赋予其抗反射，抗菌和疏水性能，包括自清洁功能。例如，后者对于矫正视力的昂贵的可重复使用的过夜正射型k镜片是非常重要的功能。尽管通过更复杂和更昂贵的方法产生了类似的抗反射涂层，但是已知的。它们被用在计算机的面板上，眼镜，博物馆的绘画可以用它们覆盖，以排除光的反射和折射。

“我们能够生产任何数量的纳米涂层，因为与现代制造类似结构的方法相比，纳米涂层的设计更具成本效益。使用天然成分进行的工作不需要特殊的设备，也不需要大量的能源消耗和化学蚀刻的限制，光刻和激光印刷，”弗拉基米尔·卡塔纳耶夫(Vladimir Katanaev)解释说，他是FEFU生物医学学院的研究负责人和天然化合物药理学实验室负责人。“这项进展具有广泛的应用。例如，可能是纺织品的结构性染色会根据视角改变颜色。可以制造基于超材料的伪装外衣，用于医用植入物的抗菌层，以及用于隐形眼镜和挡风玻璃的自清洁涂层。

科学家们通过直接和反向生物工程方法设法重建了小果蝇的角膜涂层。首先，他们将保护层分解成其组成成分，结果发现它们是视黄酸(蛋白质)和角膜蜡(脂质)，然后在室温条件下重新组装，覆盖玻璃和塑料表面。

据弗拉基米尔·卡塔纳耶夫(Vladimir Katanaev)称，任何其他类型的材料也可以进行纳米涂层。与不同类型的蜡和视黄素蛋白的遗传操作相结合，可以设计出高度多样化和复杂的功能性纳米涂层。

科学家解释说，果蝇蝇角膜上保护性纳米结构形成的潜在机制是自组织过程，Alan Turing在1952年将其描述为反应扩散机制。这与研究期间进行的数学建模是一致的。该机制还负责例如在斑马或豹子的皮毛上形成的图案。保护果蝇眼角膜的纳米结构是纳米级图灵图案的第一个公认实例。

在研究项目的过程中，科学家对视黄素的特性进行了详细的表征，因为迄今为止对该蛋白的研究很少。结果表明，当与角膜蜡相互作用时，这种最初的非结构化蛋白质形成了球状结构。因此，科学家深入研究了遵循图灵模型的自组织的生物物理性质，强调了可能是自组织核心的重要分子过程-蛋白质结构的起始。

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