挖掘自然:重要的材料
这是摘自点击《自然》报道，由水龟亮绿。
材料以其不同的优势、表面效果和功能支撑着所有行业，甚至包括那些涉及无形商品和服务的行业。因此，以最小的成本创造出性能卓越的材料对每个企业都很重要。利用当地可获得的材料和能源在环境条件下“制造”其组织的生物体，提供了大量资源高效制造材料的例子。
大自然构造了这些材料，它们具有许多合成材料无法比拟的大量功能。它通过使用合成材料中不同比例和原子排列的化学元素来达到纳米级的精确度。
选择的策略
多尺度结构
许多生物材料的抗拉强度、硬度、韧性和其他材料性能都是当今许多工程材料无法比拟的。这部分是通过材料的层次排序实现的。在纳米尺度上，贝壳的珍珠层是由沉积在蛋白质和碳水化合物基质中的碳酸钙晶体组成。
这些组件然后在微尺度上形成堆叠的瓦片。这个多标量集合，可见在毫米的规模作为3毫米厚的层，把易碎的粉笔变成一个坚韧的陶瓷。珍珠层的结构激发出坚韧、可变形的玻璃的灵感。类似地，贻贝生产的防水胶黏剂，其强度和粘性都来自于多级交联的纤维。这一特性激发了几种生物降解粘合剂的发展。
功能表面
微观的表面结构和化学性质赋予生物材料惊人的一系列功能。荷叶上有蜡状的微小突起，可以让水滚下来带走灰尘和颗粒。这种“莲花效应”启发了莲花材料的自清洁涂料，比如猪笼草的表层，可以将水吸成微小的纹路，创造出超级光滑的表面。这些概念启发了防污表面，如光滑的液体注入多孔表面(slip)和用于间接蒸发冷却的超排汗表面。同样，Sharklet模仿鲨鱼皮的鳞片来击退细菌。
“成长”材料
生长能力是生物体的一种属性，它能产生具有显著复杂性和功能性的物质。当给予适当的支架和营养，细胞复制和自我组装成垫，膜和各种其他形式。利用“生物制造技术”或生物学作为生产手段，实验室能够用相对较少的能源生产出有价值的材料。包装泡沫、砖、肉和皮革等材料都是用细菌(生物材料)“生长”的，真菌(Ecovative)和动物组织培养(现代草甸)。
现有产品
StoCoat Lotusan
下雨的时候,莲属荷叶借助微、纳米的表面结构和重力脱落水滴、污垢和其他颗粒。这种“莲花效应”是由叶子表面的多尺度、蜡状突起造成的，这些突起会使水形成水珠并滚动而去。
总部位于格鲁吉亚的建筑材料制造商Sto Corp.在StoCoat Lotusan自清洁漆上也复制了这种效果。丙烯颜料与荷叶的微纹理相似;它也能去除水和污垢，留下一个干燥、干净的表面，藻类和真菌很难在上面定居。不像外部油漆会随着时间的推移而变脏，Lotusan的自清洁特性使其成为一种低维护、持久耐用的外部应用涂料。
Sharklet
从海上运输到医疗保健和食品服务，生物淤垢和抗生素耐药性是许多部门的主要问题。betway必威娱乐总部位于科罗拉多州的生物技术公司Sharklet Technologies生产Sharkle，这是一种受鲨鱼皮启发而设计的微观形貌，可以在不使用杀菌剂的情况下减少细菌的生长。和鲨鱼皮一样，鲨鱼皮表面也有微小的钻石图案，可以在不产生耐抗生素细菌的情况下阻止90%的细菌生长。
2012年，Sharklet的销售额超过100万美元，目前正与LG国际、Cook medical、Steelcase等公司合作开发家具、医疗设备和消费产品。Sharklet还在研发能降低导尿管相关细菌感染可能性的导尿管。导尿管每年在美国医疗保健支出中占比超过5.65亿美元。
蘑菇的材料
Ecovative是一家总部位于纽约的材料科学公司，它将真菌菌丝体(真菌的营养成分)和农业副产品结合在一起，制成了环保的蘑菇材料。这些可降解材料是泡沫塑料和其他石油合成材料的替代品。
生产过程首先将农业废弃物和菌丝培养物放入模具中。随着菌丝体的生长，它会将废弃的纤维凝结成固体，充满霉菌。然后对其进行热处理，以停止生长过程，形成一种可供使用的材料。与竞争技术相比，蘑菇材料在性能和成本方面具有可比性，它被用作包装和结构材料，并作为工程木材的环保替代品。蘑菇材料是摇篮到摇篮认证的黄金产品。
产品在开发中
Mussel-inspired胶粘剂
蓝贻贝(贝壳类)生产一种可生物降解的防水粘合剂，几乎可以粘在任何表面，甚至是特氟纶。大多数制造的粘合剂不是通用的，并且含有有毒化合物，如甲醛。在Terrapin具有竞争力的分析服务的帮助下，化学公司SyntheZyme的研究人员正在开发一种受贻贝启发的防水粘合剂。这种粘合剂是由具有化学“粘性”末端的蛋白质构成的，它将生物高聚物交联成一种强基质，化学性质类似于贻贝粘合剂。
它还使用生物催化剂来实现低能量合成。这些聚合物是可再生的、无毒的、可生物降解的。到2020年，全球胶粘剂和密封剂市场预计将达到430亿美元，而随着对无毒胶粘剂需求的增加，该产品可能会对市场产生巨大影响。贻贝粘合剂已经激发了PureBond的灵感，这是一种商业上成功的胶水，用于木质面板的制造。
Superwicking材料
传统的蒸汽压缩空调消耗大量能源，并依赖制冷剂，而这些制冷剂释放时对环境具有破坏作用。Terrapin就市场对罗切斯特大学(University of Rochester)的郭春蕾(Chunlei Guo)团队的仿生吸湿材料技术的需求提供建议，并帮助他们获得资金，开发节能的间接蒸发冷却材料。植物的叶子Ruellia devosiana和海芋odora有微小的表面纹理，可以捕获水分子，导致水滴在表面扩散。
该研究团队模仿这种超强吸芯特性，制造了具有这种吸芯的纳米和微尺度材料大量的水，甚至垂直的表面。这类材料将提高冷却装置的蒸发效率，而且与传统蒸发冷却器中使用的多孔材料不同，它们可以防止生物淤积。研究小组预测，使用这种新型空调可以减少5倍的能源消耗。
Biocement砖
现代草地
2006年，牲畜生产至少占世界温室气体排放的18%。它还需要世界33%的可耕地和世界8%的水资源。利用新的组织工程技术，现代草甸公司正在生产实验室种植的食物和材料，使产品类似于动物生产的产品，而且比动物生产的产品更好。这个过程不是利用资源来饲养和屠宰，而是从动物身上培养细胞，促使细胞生长成类似皮肤和肌肉的组织。与目前的畜牧业生产相比，这一过程可以减少99%的耕地、96%的水和45%的能源，同时减少96%的温室气体排放。
这种生产过程还避免了抗生素的大量使用，以及与当前牲畜养殖相关的伦理困境。现代草甸成功地生产了各种颜色和厚度的皮革样品。该公司目前专注于皮革生产，设想的皮革可以根据形状、质地和透气性定制。
滑倒
灵感来自于猪笼草猪笼草，哈佛大学维斯生物工程研究所的研究人员开发了一种非常光滑的表面，可以排斥大多数液体和生物膜。干草状叶子的滑溜是由表面的微小波纹引起的，这些波纹能保持水分，形成一层薄膜。研究人员采纳了这一想法，创造了一种微结构多孔材料，其中含有一种特殊配方的液体润滑剂。它的表面很滑，连原油和液体沥青都从上面滚下来了。与工程上的疏水性表面不同，这种表面可以“自我修复”，因为当划痕出现时，润滑剂会填充划痕。
多孔介质可应用于多种表面。卡瓦具有许多潜在的应用，如防污、防冰、化学和流体处理、防腐蚀和害虫控制。滑技术,公司。成立于2014年，旨在进一步开发许多在Wyss研究所的研究人员探索的商业应用。
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