在过去的几十年中，自然界的种种现象也为先进材料的设计制备提供了无限的灵感。易智编译整理了一部分基于仿生理念的研究领域，这些研究在近些年取得了不少引人注目的突破。易智编译是一家专门为非英语国家科研工作者提供最优质SCI论文服务的专业公司，致力于为广大科研工作者解决SCI论文写作晦涩难懂、基金标书难中、文书编辑艰难耗时等各类问题，提供SCI论文润色、论文翻译、评估、评审及期刊推荐，基金标书撰写、评估及审核，文件编辑等优质服务。

一、仿生矿化

通过持久的生物矿化过程，许多有机生命体能够将脆性的矿物成分和有机分子进行结合构建具备额外强度和结构功能的材料。这些材料通常称之为生物矿物，常见的生物矿物包括珍珠以及动物骨骼等。

受到这一自然现象的启发，仿生矿化的概念由来已久，这一方法可以整合无机和有机组分对的各自特点形成独具特性杂化材料，尤其是材料力学性能方面的优化。研究人员发现生物矿化最主要的本质之一是这些自然结构是从纳观到微观再到宏观的全尺度结构设计，因此仿生矿化过程其实也是自下而上的构件多尺度复合结构的过程。珍珠层（nacre）是一种广泛存在于贝壳类生物中的矿化复合物，也是目前仿生矿化构建复合材料的最主要灵感来源。

二、超疏水表面

有机生命体的许多特殊功能常常并不仅仅依赖于材料本身的性质特点，还与其独特的微纳结构相关。例如荷叶的自净能力就来自于其优异的超疏水性，而这一特性既来自于低表面自由能的叶面蜡质，也和叶面的枝状纳米构造及其构成的微米级突起结构密切相关。

基于这一荷叶效应，人们陆续发现了各式各样的超浸润表面——如花瓣的动态超浸润表面、壁虎脚的超疏水高黏附表面、鱼鳞的超疏油自清洁表面以及某些水下动物具有的超亲气表面。这些丰富多彩的表面现象为研究超浸润材料奠定了基础。目前，这类材料在自清洁、防腐蚀、防雾、油水分离、绿色印刷等众多领域有着极具潜力的应用前景。

三、类肽聚合物

蛋白质是生物体的重要组成部分，是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子。仿照蛋白质的多肽结构，人们利用氨基酸合成了一系列聚类肽（Polypeptoids）。这种类肽聚合物通常由聚甘氨酸作为主链构成，其骨架结构与聚肽相同，许多性质与聚肽相类似。

然而，因为该聚合物氮原子上含有不同取代基，因此在分子链内或分子链间不存在氢键相互作用并且主链的手性也被消除了，这又使得它表现出不同于聚肽的优越性。

与聚肽相比，聚类肽在保留了相当一部分聚肽的特点外，简化了结构上的复杂性，使得设计与合成更加容易；其在许多溶剂中都具有良好的溶解性，此外，其具备可热加工性能，这些都使得在生物和医学领域存在广泛的应用价值。

利用聚类肽高分子制备材料主要分为两大类，一类是基于聚类肽的嵌段共聚物，还有一类则是可用于溶液自组装行为的两亲性聚类肽。嵌段共聚物赋予聚类肽基聚合物以刺激响应的功能，而聚类肽自身是生物相容性良好的仿生聚合物，由此可以进一步合成可装载荧光分子或者药物的微胶囊，构建可用于疾病诊疗的递送系统。

此外，这类聚合物还可以应用到生物医学领域之外。例如，含磷酸基团的聚类肽高分子可用于构建质子传输通道，其从无序到有序的结构转变可显著提升材料导电率，还能作为传导锂离子的电解质材料，在新能源电池领域也有着潜在的应用前景。

四、人工光合作用

光合作用是绿色植物和藻类在太阳光照射下将二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气的过程，受这一现象启发，研究人员开发了人工光合作用系统使得太阳能能够转变成氢能，以此为未来世界提供绿色可持续地新能源，因此发展可在太阳光照射下进行高效水分解反应的材料一直是广受关注的科研主题。

人工光合作用系统有两种不同类型的反应过程，分别是单光激发的单步反应过程和双光激发的两步反应过程，从机制上比较来看，两步反应过程与自然光合作用更加类似。染料分子和半导体材料是设计人工光合作用系统的经典材料。

早在上世纪70年代，人们就分别发展基于染料分子和二氧化钛颗粒的分子器件和半导体光电极用于单步反应的人工光合作用（光催化分解水），标志着人工光合作用系统构建取得了巨大的突破。纳米材料的发展为提高太阳能分解水的效率提供了巨大的可能性。

目前，利用纳米结构效应、量子限域效应、上/下转换结构等策略已经有效优化了太阳能分解水的性能，量子点、纳米线等新兴纳米材料均已被应用构建新型人工光合作用系统。

通过这些研究，我们发现仿生的理念贯穿了从生物医学到新能源等诸多领域，是发展新型材料的重要灵感源泉。从自然界中学习经验从而应用到人工系统中是科技发展的重要推动力，如今已经极大地促进了机器人学、光学、催化等领域的发展。

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