防反射涂層受蠅眼啟發

包括果蠅在內的許多昆蟲的眼睛都被一層薄而透明的涂層覆蓋，該涂層由微小的突起組成，這些突起具有抗反射，抗粘著性。發表在《自然》雜志上的一篇文章揭示了這種納米涂層是如何制成的秘密。

日內瓦大學(UNIGE)和洛桑大學(UNIL)的作者與蘇黎世聯邦理工學院(ETHZ)一起表明，該涂層僅包含兩種成分：一種叫做視黃素的蛋白質和角膜蠟。在由Alan Turing于1950年代建模的形態發生過程中，這兩個成分分別通過分別發揮激活劑和抑制劑的作用，自動生成規則的突起網絡。多學科團隊甚至通過在不同類型的表面上混合視黃素和蠟，成功地人工再現了這種現象。該方法非常便宜，并且基于可生物降解的材料，用于獲得形態類似于昆蟲的納米涂層，其具有抗粘著和抗反射功能，可以在多種領域中得到廣泛應用。隱形眼鏡，醫療植入物和紡織品。

UNIGE醫學院細胞生理與代謝系教授，該研究的首席研究員弗拉基米爾·卡塔納耶夫(Vladimir Katanaev)說：“在1960年代末期，在飛蛾中發現了覆蓋某些昆蟲眼睛表面的納米涂層。” “它由密集的網絡組成，這些網絡由直徑約200納米，高度幾十納米的小突起組成。它具有減少光反射的作用。”

沒有涂層的昆蟲的角膜通常反射約4%的入射光，而在具有涂層的昆蟲中，該比例下降到零。盡管4%的改善似乎很小，但在進化過程中就已經選擇了足夠的優勢(尤其是在黑暗條件下)。由于其抗粘性能，該涂層還提供物理保護，以防止空氣中最小的灰塵顆粒。

十年前，卡塔納耶夫教授進入了這一研究領域。2011年，他和他的團隊率先在果蠅(Drosophila melanogaster)的眼睛上發現了納米涂層。這種昆蟲比飛蛾更適合科學研究，尤其是因為它的基因組已被完全測序。

根據他們的初步結果，Katanaev教授及其同事在2015年提出，納米涂層是由英國數學家艾倫·圖靈(Alan Turing)在1950年代建模的形態發生機制產生的。該模型認為，兩個分子會自動組織，以產生規則的補丁或條狀圖案。第一個用作激活器，啟動一個過程，在此過程中出現特殊的模式并自我放大。但是它也同時刺激了第二個分子，后者起著抑制劑的作用，并且擴散得更快。該模型使得可以在宏觀尺度上解釋自然現象，例如在豹子上的斑點或斑馬上的條紋，而在微觀尺度上卻從未在納米尺度上解釋。

這位總部位于日內瓦的研究人員現在已經收集了更多的證據來支持這一假設。由于生化分析和基因工程的應用，卡塔納耶夫教授及其同事成功地確定了由圖靈開發的反應擴散模型涉及的兩個組成部分。這取決于幾種專門酶產生的稱為視黃素和蠟的蛋白質，其中兩種已被鑒定。視黃素起著活化劑的作用：由于其最初是無結構的形狀，當與蠟接觸時便呈球狀結構并開始產生圖案。另一方面，蠟起抑制劑的作用。兩者之間的強大作用導致了納米涂層的出現。

人工納米涂層

卡塔納耶夫教授說：“我們隨后使用為此目的而進行了基因改造的細菌設法以極低的成本生產了視黃素。” “純化后，我們將其與玻璃和塑料表面上的不同商業蠟混合。然后，我們可以非常輕松地重現納米涂層。它的外觀與昆蟲中發現的涂層相似，并且具有抗反射和抗粘著性我們認為我們可以在幾乎任何類型的表面上沉積這種納米涂層，包括木材，紙張，金屬和塑料。”

初步測試表明，該涂層可以在水中洗滌20小時(盡管技術改進可以使其更堅固，但很容易被洗滌劑或刮擦損壞)。防反射性能已經引起了隱形眼鏡制造商的一定程度的關注，而防粘性能可能會吸引醫療植入物的生產商。實際上，這種類型的涂層可以控制人體細胞的附著位置。工業界已經擁有獲得此結果所需的技術。但是他們使用苛刻的方法，例如激光或酸。日內瓦團隊的解決方案具有便宜，良性和完全可生物降解的優勢。