神奇的“仿生油漆”

　　模仿天然贝壳的树脂仿生材料可以制成牙齿，仿生材料“第二层皮肤”能够紧致皮肤、祛除皱纹，含有人类本体细胞的仿生骨骼材料可以生成原生骨骼……人体也能像机器一样“更换零件”吗？仿生材料似乎给了我们巨大的发挥空间。

　　老年人的关节因为常年磨损，关节软骨表面会磨损得和老旧的墙壁一样斑斑驳驳。现在有一种“仿生油漆”，喷上去后关节软骨面就可以修复变光滑，可以说是一喷即“新”。

　　这个神奇的油漆，是浙江大学欧阳宏伟团队以人体组织材料为模板仿生研发先进生物材料的最新研究成果。

　　目前，关节软骨缺损仍没有有效的治疗方法。传统疗法，如骨髓刺激技术和关节置换术，虽然能够减轻患者的疼痛感，但是软骨损伤是不可逆的，一旦恶化需要进行二次手术。“关节油漆”则通过仿生修复的方式，达到“无痕”修复的效果。

　　欧阳宏伟告诉记者，仿生材料无限接近于生命的真实状态，所以机体的免疫反应很小，让细胞能更好地粘附、增殖和分化。细胞会慢慢爬到“油漆”上并吸收喷在关节表面的“油漆”，从而替代“油漆”形成的新的软骨，关节也就修复再生了，这个过程大约需要三至四周的时间。

　　人体器官是由细胞和细胞外基质组成的，细胞外基质将一个个细胞固定起来，保持细胞在适当的位置。虽然细胞外基质在身体的每一个部位都是不同的，但它们都由胶原蛋白和多糖两种基本成分组成。欧阳宏伟团队针对不同组织器官，把10多种胶原蛋白和许多不同种类的多糖进行排列组合，并进行修饰制备成相应的“油漆”溶液。

　　如何才能使“油漆”牢固地固定在关节表面呢？欧阳宏伟团队在“油漆”材料上修饰了一种光敏小分子基团。当“油漆”与人体组织接触时，在光照激发下，这种光敏基团会形成特殊的化学结构，像是安装上很多钩子，这些钩子能够让“油漆”内的胶原和多糖相互勾连、固定。同时，在“油漆”与组织界面处，这些“钩子”能够牢牢钩住软骨表面。

　　在欧阳宏伟看来，随着人口老龄化加快，仿生材料对于老龄化人口身体的修复是非常必需的。他还认为，仿生材料在皮肤美容和药物细胞的递送等领域也能大放异彩。

　　翠鸟与列车

　　高铁列车在行驶的过程中所遭受的阻力更多的是来自于空气，车头部位更是首当其冲。以日本新干线列车为例，最初的列车车头采用了子弹型设计，但是其音爆效应产生的噪音超过了环境标准。于是，工程师们从翠鸟的嘴巴上得到了灵感：翠鸟拥有一个流线型的长嘴，其直径逐渐增加，以便让水流顺畅向后流动，因此，它扎向水中捕鱼时只会溅起很少的水花。有了新车头的新干线车速提升了10%，电耗降低了15%，同时噪音水平也显著下降。

　　我国的复兴号智能动车组在原有基础上进一步利用仿生学原理，“模仿”天空中的鹰隼、海中的旗鱼，根据这些生物的头型进行设计，综合考虑了空气流线问题，设计出更尖的车头。复兴号智能动车组的整体风阻下降了10%，综合节能达到7%。

　　船蛆与盾构机

　　不少城市的地下布满了地铁的地下隧道，地铁成为人们日常出行的方式之一。如何在地下挖洞的难题，是在18世纪末被一种仿生设计的机械设备攻克的。

　　法国人布鲁内尔观察到船蛆这种神奇的动物。在遇到危险的时候，它会用头部的两片贝壳堵住洞口，并且，它不仅会挖洞破坏木材，还会分泌一种物质，在木头洞壁上形成钙质的保护壳，防止木头膨胀挤压，于是布鲁内尔便构思出了盾构机。

　　盾构机的创新之处在于，它能够在向前掘进的同时保护工作面不发生坍塌，大大提高了隧道施工过程中的安全。如果把盾构机想象成一个底部开了大孔的杯子，把杯底朝前塞进隧道里，工人就在杯子内部通过那些大孔施工，掘进的同时工人在后方修建永久性的支撑结构，一边挖一边修，就和船蛆挖洞一样。直到今天，盾构法依然是隧道工程中的主流方法之一。

　　蛋壳与建筑

　　传统建筑的梁板支撑体系，不能满足现代社会对大跨度空间的需求，仿生空间结构则帮助建筑师和工程师解决了难题。鸡蛋壳具有均匀分散压力的特性，能耐受相当大的外力。著名的悉尼歌剧院、我国的国家大剧院，都是按照仿生蛋壳结构所设计出来的建筑，既轻便又省料，同时还兼具美观和牢固。

　　据统计，各国为举办奥运会而建造的体育馆，有60％以上采用薄壁空间结构。2008年奥运会游泳项目的举办地“水立方”，它的墙面上布满的不规则泡泡，在设计上参考了细胞、分子结构等自然界非常普遍的精准几何结构。