天然界充满了纳米结构。科学家能够由纳米结构带来的色彩、能见度、粘附力、强度和磁性导航等视点来寻觅新的结构规划创意。
尽管纳米技术被描绘成一项适当新的人类发明，但天然界实际上充满了纳米结构。它们支撑着从细菌到浆果、黄蜂到鲸鱼等多种生命方式的基本功用。现实上，奇妙地运用纳米科学原理能够追溯到有超越5亿年前史的天然结构。以下是科学家能够用来发明下一代人类技术的五个创意来历。
1.结构色彩
几种类型的甲虫和蝴蝶的上色是由一组细心离隔的纳米柱发作的。由壳聚糖等糖类或角蛋白等蛋白质制成，柱子之间的狭缝宽度被规划成操作光线以到达某些色彩或作用，如彩虹色。
这一战略的长处之一是恢复才干。因为暴露在光线下，色素倾向于漂白，但结构色彩在适当长的时间内是安稳的。例如，最近一项关于金属-蓝色大理石浆果结构上色的研讨，以1974年收集的标本为特征，这些标本尽管早已死去，但仍坚持其色彩。
另一个长处是，只需改动狭缝的巨细和形状，或用液体或蒸气填充毛孔，就能够改动色彩。现实上，结构上色存在的第一条头绪往往是在样品浸入水中后，色彩发作了生动的改动。一些机翼结构对狭缝中的空气密度十分活络，因而，温度也会引起色彩的改动。
图：蝴蝶翅膀杂乱的狭缝（来历：Science Advances / Wilts等）
2.远距离能见度
除了简略地以必定视点偏转光以改动色彩外观之外，一些超薄的切开面板层彻底反转了光线跋涉的方向。这种光的偏转和阻挠能够一起发作令人惊叹的光学作用，例如具有半英里能见度的单个蝴蝶翅膀，以及具有亮堂白色鳞片的甲虫，尺度为5微米。现实上，这些结构令人形象深入，它们能够胜过厚度添加25倍的人工规划结构。
3.粘附力
壁虎脚能够在几毫秒内牢固地粘合到简直任何固体外表，并且能够毫不费力地别离。这种粘附是纯物理的，脚和外表之间没有化学彼此作用。
壁虎脚的活性粘合剂层是分支的纳米级刷毛层，称为“刮刀”，其长度约为200纳米。这些刮刀中有数千个与微米尺度的“seta”相连。两者都是由十分活络的角蛋白制成。尽管对刮刀的附着和别离机制的细节还在研讨进程，可是它们在没有粘性化学物质的情况下作业这一现实令人形象深入。
壁虎的脚也有其他诱人的功用。它们具有主动清洁功用，可防止主动消光（seta不会彼此粘连），并且默许情况下（包含彼此之间）别离。这些特征促进人们主张，将来，胶水、螺钉和铆钉都能够经过单一工艺制作，将角蛋白或相似资料浇铸到不同的模具中。
图：壁虎脚的微观和纳米结构。图片来历：©2005，美国国家科学院
4.多孔强度
任何固体的最强方式是单晶态，比方钻石，其间原子以从物体的一端到另一端的挨近完美的次序存在。像钢棒，飞机机身和轿车面板这样的东西不是单晶，而是多晶的，结构相似于马赛克的颗粒。因而，理论上，这些资料的强度能够经过添加晶粒尺度或经过使整个结构单晶来进步。
单晶可能很重，但天然界有一种以纳米结构孔隙的方式处理这一问题的办法。组成的结构，一个中心晶体，是其分量类别中给定固体的最强方式。海胆刺和珍珠母均是由中心结晶体构成的。这些生物有轻质的外壳，但能够在压力很大的深处寓居。
理论上，能够制作中晶资料，尽管运用现有工艺需求很多杂乱的操作。细小的纳米粒子有必要旋转，直到它们以原子精度与成长的中心晶体的其他部分对齐，然后它们需求在软距离物周围凝胶化以终究构成多孔网络。
5.细菌导航
趋磁细菌具有运用称为磁小体的小纳米晶体链来感知细小磁场的特殊才干，包含地球磁场本身。这些是尺度在30-50纳米之间的晶粒，由磁铁矿（一种氧化铁方式）或不太常见的灰铁矿（铁硫组合）制成。磁小体的几个特征一起发作可折叠的“罗盘针”，比人工“指南针”活络许多倍。
尽管这些“传感器”仅用于短距离导航（趋磁细菌是池塘休息），但它们的精确度令人难以置信。他们不只能够找到自己的方向，并且不同的粒度意味着它们能够保存信息，而增加仅限于磁性最活络的原子摆放。
但是，因为氧气和硫与铁很多结合，发作磁铁矿、灰铁矿或超越50种其他化合物，其间只要少量是磁性化合物。这就需求具有很高的技术，才干挑选性地发作正确的形状，并创立磁悬浮体链。这种灵巧性现在是咱们无法企及的，但假如科学家们学会怎么仿照这些结构，未来的导航可能会发作革命性的改动。
参阅来历： The Conversation
