大自然的創造力是無限的，而人的思維空間是有限的，所以人需要學習大自然創造的萬物，于是有了仿生。
以上為玄學說法，實際上隨著人類對大自然萬物認知的進步以及科技的發展，模仿生物已經成為一門學科，即為仿生學，仿生學是研究生物系統的結構和性質以為工程技術提供新的設計思想及工作原理的科學。目前，仿生在電子器件、機器人、生物材料、生物醫學領域都有應用。
變色龍、獵豹、蠶、蜘蛛、仙人掌、松果、蘋果、樹葉等，都可以成為模仿學習的對象，下面就從奇物論編輯部精選的2020年上半年部分有關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萬物啟發的吧！
1.AFM：生物啟發的可拉伸、粘合和導電結構彩色薄膜，用于視覺柔性電子產品
柔性電子器件的迅速發展引起了人們極大的興趣，如健康監測設備、傳感皮膚、植入式儀器等。有鑒于此，南京大學醫學院附屬鼓樓醫院的趙遠錦等研究人員，從貽貝的粘附特性和變色龍的變色機理出發，提出了一種新穎的可拉伸、可粘合、可導電的結構彩色薄膜。
本文要點：
1）將導電碳納米管聚多巴胺（PDA）填料加入彈性聚氨酯（PU）反蛋白石支架中制備薄膜。
2）由于PU層具有優異的柔韌性和反蛋白石結構，薄膜具有穩定的拉伸性能和鮮明的結構色彩。
3）此外，PDA上的鄰苯二酚基團使PDA膜具有較高的組織粘附性和自愈能力。
4）值得注意的是，由于其響應性，合成的膠片具有對運動做出響應的變色能力，可作為雙信號軟人體運動傳感器，用于實時顏色傳感和電信號監測。
這些特性使得基于生物的水凝膠電子學在柔性電子學領域極具潛力。
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：受獵豹啟發的高速、高強度軟機器人
由于軟材料的固有局限性，軟機通常表現出較低的運動速度和較低的操縱強度。于此，受獵豹的啟發，北卡羅萊納州立大學尹杰等人提出了一種通用設計原理，該原理利用了各種脊柱式快速而堅固的軟機的機械不穩定性。
本文要點：
1）與當前設計為固有且單穩態的大多數軟機器人不同，本文設計利用可調節的快速咬合雙穩態來充分探索軟機器人在數十毫秒內快速存儲和釋放能量的能力。
2）通過三臺高性能軟機展示了這種通用的設計原理：運動速度為2.68體長/秒的高速獵豹狀的爬行器，高速水下游泳者（0.78體長/秒）和大范圍1到103（最大負載能力為11.4 kg）剛度調節的高力雙穩態軟抓手。
該研究建立了下一代高性能軟機器人的通用設計范例，該范例適用于多功能性，不同的致動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：受蠶絲啟發的β-肽材料抗結垢和異物反應
宿主的異物反應（FBR）通常會損害醫療設備等植入物的功能。有鑒于此，華東理工大學的劉潤輝等研究人員，報道了以蠶絲中富含絲氨酸的絲膠為靈感，開發了低FBR材料。
本文要點：
1）聚高絲氨酸(Poly-β-Homoserine，β-HS)材料由親水性的非天然氨基酸β-高絲氨酸組成。β-HS的自組裝單分子層(SAM)可以抵抗不同蛋白質的吸附，也可以抵抗細胞、血小板和不同微生物的粘附。
2）持續3個月的實驗表明，當植入對照聚乙二醇水凝膠時，引起明顯的炎癥反應、膠原包裹和巨噬細胞聚集，而β-HS水凝膠的這些反應最小。
3）令人驚訝的是，β-HS水凝膠可在植入物附近的組織中誘導血管生成。
4）分子動力學模擬表明，β-HS的低FBR性能是由“雙氫鍵水合”造成的，其中β-HS的主鏈酰胺基和側鏈羥基均發生水合。
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：受仙人掌刺啟發的超濕性微刺芯片用于生物傳感
在微流控生物芯片的臨床檢測中，沒有額外能量輸入的定向液滴傳輸仍然是一個挑戰。在此，受仙人掌刺椎集水行為的啟發，深圳大學張學記院士、中國科學院理化技術研究所王樹濤、北京大學第三醫院馬潞林、北京科技大學許利蘋等人制備了基于納米材料的超濕性微刺(SMS)芯片。
本文要點：
1）仿生SMS芯片通過協同幾何不對稱性和表面超親水性，能夠實現自發和定向地傳輸液滴。根據理論模型，由于SMS芯片的幾何不對稱性引起的拉普拉斯壓力梯度可以控制液滴的定向傳輸，納米材料微刺的超親水性也有助于液滴的自傳輸。
2）多微通道SMS芯片提供了一種簡單、節能的技術，可以實現前列腺癌患者血清前列腺特異性抗原(PSA)的準確檢測，顯示出作為臨床應用生物傳感平臺的巨大潛力。
綜上所述，這種受生物啟發的超濕性二維圓錐表面將為智能微流控器件的設計提供有效的手段，并在多組分生物傳感和臨床檢測方面具有巨大的應用潛力。
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：松果啟發的納米結構智能微籠實現納米/微米粒子藥物遞送
藥物遞送在醫學和健康中起著至關重要的作用，但使用刺激觸發載體按需遞送大尺寸藥物是極具挑戰性的。目前的大多數膠囊都是由具有納米孔徑(<10 nm)的聚合物致密外殼組成，因此通常缺乏對納米/微米粒子藥物的滲透性。在此，美國西弗吉尼亞大學李丙運等人報告了一種松果啟發的由纖維素納米纖維(CNFs)組裝而成的具有開放網殼的的智能微籠，用于納米/微米粒子藥物遞送。
本文要點：
1）這種方法允許納米結構、功能化的CNFs大規模地組裝成機械堅固的、干草堆狀的網殼，具有可調的大通孔和多肽錨定點。
2）這種開放的網殼可以在損傷刺激下智能地打開/關閉，使治療“始終按需進行”。
3）由此產生的松果啟發的微籠具有優異的結構穩定性、超親水性、pH觸發，以及智能跨殼傳輸新出現的抗菌銀納米顆粒和生物活性硅酸鹽納米血小板(尺寸>100 nm)等綜合性能，使其能夠實現非凡的抗感染和骨再生。這項工作為醫療和環境應用的多功能封裝和遞送載體的設計和開發提供了新的見解。
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.：受蜘蛛絲啟發，通過網絡引導組裝聚合物網絡
天然蜘蛛絲的高韌性歸因于其獨特的β-折疊二級結構。然而，由于加工聚合物/蛋白質和管理疏水殘基的組裝所涉及的挑戰，機械強度高的富含β-折疊的材料的制備仍然是重大挑戰。受蜘蛛絲的啟發，澳大利亞墨爾本大學的Greg G. Qiao等研究人員，有效地利用了無定形網絡中局部β-折疊結構域所提供的卓越的機械韌性和穩定性。
本文要點：
1）在無定形親水網絡內使用從接枝聚合的方法，可通過N-羧酸酐開環聚合反應，在空間上控制聚纈氨酸和聚纈氨酸-r-甘氨酸作為形成β-折疊的多肽。
2）所得的連續β-折疊狀納米晶體網絡在初始網絡上顯示出改進的抗壓強度和剛度，而缺少分別高達30 MPa（比初始網絡大300倍）和6MPa（比初始網絡大100倍）的β-折疊的初始網絡。
3）該網絡在28天內顯示出對強酸、堿和蛋白質變性劑的增強抗性。
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.：受蘋果皮干燥卷曲啟發，基于水凝膠構建仿生微血管！
科學技術的發展常常借鑒自然現象。在此，上海交通大學崔文國、張余光、Xiaoming Sun，芬蘭赫爾辛基大學Hélder A. Santos等人受蘋果皮干燥后自發卷曲成中空小管的啟發，利用平面材料在上下兩層收縮性和膨脹率不同的驅動下卷曲來制備微尺度空心小管(MHTs)，提出了基于水凝膠的 MHTs，用于仿生微血管，促進微循環，提高隨意皮瓣成活率。該方法具有精度高、可控性好、可操作性強等特點，有望解決組織工程實踐中微血管早期形成的難題。
本文要點：
1）綜合考慮生物相容性、細胞毒性和降解性能，選用光交聯明膠甲基丙烯酰胺(GelMA)或甲基丙烯酸化透明質酸。
2）由于不同形狀的“蘋果皮”形成不同的管狀結構，利用相應形狀的水凝膠，如Y形分支、吻合環和三角形環，制備了各種管道結構的MHTs。微血管支架的直徑(50-500μm)可以通過調節水凝膠的濃度和交聯時間來調節。
3）在此基礎上，采用MHTs與人臍靜脈內皮細胞共培養的方法，體外培養直徑為50~500μm的仿生微血管。體內研究表明，它們在促進微循環和提高隨意皮瓣存活率方面具有優異的性能。綜上所述，該研究提出并驗證了一種基于明膠、透明質酸等水凝膠材料的仿生三維自形成方法，用于構建具有高生物相容性和穩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：人葉芯片--一種與腔室特定器官結合的仿生血管系統
血管網絡是構建具有可控物理和生化變量的三維生理微環境的器官芯片系統的核心組成部分。受無所不在的生物系統，如葉脈和循環系統的啟發，香港理工大學Zhao Xin、西安交通大學賀健康等人設計了一種制造策略，以開發自由設計腔室集成的仿生血管系統，并將其作為腔室特定血管化器官的壁龕。
本文要點：
1）為概念驗證，制作了一個具有仿生多尺度血管系統的人-葉-芯片系統，該系統將自組裝的三維血管系統連接到腔室中，模擬了連接血管化器官的人體心血管系統的體內復雜結構。
2）此外，在系統的兩個半部分中分別構建了兩種不同類型的血管化器官，以驗證其在單芯片中進行器官特異性轉移研究的比較實驗的可行性。
3）通過人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)成功培養人肝癌G2細胞(HepG2s)和間充質干細胞(MSCs)，表明血管形成良好，通過灌注胰腺癌細胞模擬器官特異性轉移，結果表明MSCs對腫瘤的包埋效果明顯，而HepG2s則沒有這種良好的包埋效果。
鑒于其良好的培養效果、研究設計的靈活性和易于修改性，上述結果表明，在保留器官間串擾的同時，仿生人-葉-芯片在比較和轉移研究中具有巨大的潛力。
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
