賓夕法尼亞州立大學&浙江大學Nat. Commun.：人造抗反射網粒體涂層

【引言】

網粒體是蝗蟲分泌的一種中空的微米尺度顆粒，顆粒的殼層上有緊密排布的凹坑結構，使它的外形看起來很像足球或者富勒烯。蝗蟲不停的把網粒體往身體上涂抹，生物學家發現這樣做的一個重要原因是網粒體涂層能形成超疏水表面，從而防止蝗蟲被其它蝗蟲所分泌的粘稠排泄物所污染。生物學家預測具有自然界中最復雜結構之一的網粒體一定還有其它諸多未知的功能，包括在光學、熱學、求偶等等方面。然而，局限于很難獲得大量的網粒體，關于網粒體功能的研究變得極其困難。

【成果簡介】

11月3日，Nature Communications在線發表題為“人造抗反射網粒體”（Ultra-antireflective Synthetic Brochosomes）的研究論文，通訊作者為浙江大學楊士寬研究員和賓夕法尼亞州立大學Tak-Sing Wong教授。

【本文亮點】

提出了模板輔助、種子層誘導可控電沉積制備均一結構網粒體大面積涂層的方法。網粒體的結構包括直徑、凹坑尺寸和深度及凹坑數量準確可調，這為系統研究結構與功能的關聯提供了可能。通過實驗測試和數值模擬，揭示了網粒體結構參數與抗反射特性的內在關聯。設計了在可見和近紅外波段具有優異抗反射特性的網粒體涂層。探索了網粒體涂層輔助蝗蟲逃避捕食者偵測的潛在功能。普適的網粒體制備策略適用于制備金屬、金屬氧化物、導電聚合物乃至多成分網粒體，為探索網粒體結構在能源、催化、傳感、光電器件等領域的應用奠定了基礎。

【圖文導讀】

圖1.人造網粒體合成策略

a.人造網粒體合成路線示意圖；

b. 單層膠體晶體模板；

c. 雙層膠體晶體模板；

d. 人工合成銀網粒體陣列；

e. 雙層膠體晶體模板合成方法（標尺: 2 um）。

圖2. 人工合成網粒體結構及控制

a, b. 2 um銀網粒體結構；

c. 網粒體斷面揭示合成銀網粒體和自然界網粒體結構的相似性；

d. 通過控制電沉積電壓和時間控制凹坑深度；

e. 網粒體上凹坑數量、尺寸與網粒體直徑的關聯。

圖3. 人造網粒體直徑、凹坑尺寸及數量控制

在4.5 μm 網粒體上，制備了不同尺寸和數量的凹坑。

圖4. 人造網粒體的抗反射特性

a. 雙層膠體晶體模板、電沉積銀及去掉模板后的顏色變化；

b. 網粒體涂層抗反射性能與其它參比樣品的比較；

c. 凹坑尺寸對網粒體抗反射性能影響；

d. 網粒體抗反射性能的角度弱依賴性。

圖5. 網粒體有可能輔助蝗蟲躲過捕食者的偵測及網粒體制備策略的普適性

a.通過能夠模擬瓢蟲的視覺相機拍照發現瓢蟲很難區分網粒體涂層和蝗蟲食用的葉子；

b. 不同蝗蟲分泌的結構不同的網粒體的結構參數都位于低反射區域；

c. 網粒體合成策略適用于合成金屬、金屬氧化物、導電聚合物乃至多成分網粒體。

【展望】

通過設計網粒體結構，有望實現在中、遠紅外抗反射涂層構建，在太陽能高效利用及軍用隱身領域有應用前景。網粒體合成方法的普適性將使不同成分的網粒體結構在能源、催化、傳感及光電器件領域獲得重要應用。

文獻鏈接：Ultra-antireflective synthetic brochosomes（Nat. Commun.?,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01404-8）

本文由浙江大學楊士寬研究員提供。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！