自然界的啟示：仿生學(xué)中的微納3D打印

自然界包羅萬象，給予了人類無限的啟發(fā)。在物競天擇，適者生存的自然規(guī)律下，孕育出種類繁多的生物體，在萬物漫長生長過程中，人們善于研究生物體的結(jié)構(gòu)與功能，根據(jù)生物習(xí)性、生長規(guī)律、結(jié)構(gòu)特征、防御策略等發(fā)明創(chuàng)造出兼具復(fù)雜結(jié)構(gòu)且精巧實用的技術(shù)，仿生學(xué)（Bionics）應(yīng)運而生。

仿生學(xué)是一門古老的學(xué)科，是指人們通過分析生物體的結(jié)構(gòu)與功能工作原理，模仿生物體的結(jié)構(gòu)、功能、行為或機制，設(shè)計出新的設(shè)備、工具和科技，以此達(dá)到特定目標(biāo)并解決特定問題，它們被廣泛用于醫(yī)療、航天航空、建筑、環(huán)境、材料等領(lǐng)域，卓有成效地解決了人類在生產(chǎn)、科研、生活等遇到的難題。

師法自然，PμSL技術(shù)與仿生學(xué)
發(fā)展至今，仿生學(xué)逐漸進步到更精密的行業(yè)應(yīng)用，我們可以看到利用蜜蜂飛行方式發(fā)明出的蜜蜂機器人，可任意穿梭于狹窄空間，協(xié)助人類執(zhí)行災(zāi)區(qū)等危險環(huán)境檢測；利用荷葉的超級疏水性設(shè)計出的自清潔表面材料，可有效解決能源消耗難題。另外，還有用于醫(yī)療行業(yè)的人工耳蝸、仿生眼、可穿戴的仿生軟體機器人等。仿生學(xué)在生物醫(yī)療、超材料、微機械、微流控、新能源、新材料、安全防控等應(yīng)用方向，不斷開創(chuàng)了更具前瞻性和科技力的發(fā)展領(lǐng)域。

摩方精密在仿生學(xué)應(yīng)用有著豐富的科研經(jīng)驗，在研究生物體結(jié)構(gòu)與特性之間的相關(guān)性中，設(shè)計制備出具有該特性的結(jié)構(gòu)和材料，通過獨有的面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，可完成復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的快速成型制作，摩方精密制備出的仿生結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于超材料、微流控器件、生物醫(yī)療、微機械、微納光學(xué)器件、新能源等眾多領(lǐng)域。

PμSL技術(shù)助力科研新突破
在仿生學(xué)領(lǐng)域，摩方精密已與眾多科研機構(gòu)合作完成了多項科研成果。

香港城市大學(xué)王鉆開團隊
香港城市大學(xué)王鉆開教授及其合作者借鑒南洋杉葉片多重懸臂結(jié)構(gòu)特征，利用摩方精密nanoArch® S140設(shè)備制備了仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面，通過建立3D固/液界面交互作用，實現(xiàn)流體運動方向的自主選擇。其研究成果以“3D capillary ratchet-induced liquid directional steering”為題發(fā)表在國際頂級期刊Science上。

論文鏈接https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7552

中國科學(xué)院吳晅團隊
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院吳晅課題組受爬巖魚吸附現(xiàn)象的啟發(fā)，研制了一款邊緣具有分層微結(jié)構(gòu)的仿生吸附器件，通過摩方精密nanoArch® S140打印系統(tǒng)和膠體球刻蝕技術(shù)制造了具有不同仿生特征的仿生吸盤，順利驗證了微結(jié)構(gòu)形狀和規(guī)模、表面粗糙度和邊緣材料對仿生吸盤粘附力的影響。

論文鏈接：https://doi.org/10.3390/biomimetics7040202

香港城市大學(xué)陸洋團隊
香港城市大學(xué)陸洋教授課題組研究海螺殼交錯層狀微納結(jié)構(gòu)，觀測其內(nèi)部獨特的軟-硬界面可在保證有效能量吸收的同時合理調(diào)控生成裂紋的走向，受此啟發(fā)提出了一種獨特的機械超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計長程周期性概念。利用摩方精密nanoArch® P130, S140超高精度3D打印系統(tǒng)，協(xié)助團隊實現(xiàn)了仿生機械超材料單元在微米尺度的高分辨制備。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c12297

西南科大李國強/海河實驗室曹墨源
西南科技大學(xué)微納仿生系統(tǒng)與智能化研究團隊李國強教授與海河實驗室曹墨源研究員合作，受魚刺微油滴操控功能、水稻葉表面各向異性液滴滑動現(xiàn)象啟發(fā)，利用摩方精密nanoArch® S140、P150技術(shù)制備了一種多仿生槽錐刺結(jié)構(gòu)（BGCS），可實現(xiàn)水下油滴的逆重力高效運輸與收集。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202201035

湖南大學(xué)王兆龍團隊
湖南大學(xué)王兆龍課題組觀察到自然界的樹木依靠其獨特的根莖系統(tǒng)，可以從很深的土壤里吸取水分，利用毛細(xì)力向上運輸?shù)饺~片中進行光合作用�；�于仿生太陽能蒸發(fā)器優(yōu)秀的蒸發(fā)性能與液體輸運能力，研究人員將其應(yīng)用在污水降解及海水淡化等方面。在摩方精密nanoArch® P140設(shè)備支持下，成功制備了仿生微通道及水凝膠蒸發(fā)器樣品，從而協(xié)助團隊實現(xiàn)富含碳納米顆粒的多孔水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及仿生微通道的復(fù)合蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/solr.202101063

創(chuàng)新不限，探索不止，自然界給了人類無限的想象力空間，讓我們串聯(lián)起生物與科技的橋梁。和諧共生，科技向善，人們要做的不是征服自然，而是利用大自然賦予的神秘力量，攫取更多靈感解決現(xiàn)實世界中的各種問題，推動人類走向更高的文明。