宾夕法尼亚州立大学&浙江大学Nat. Commun.：人造抗反射网粒体涂层

【引言】

网粒体是蝗虫分泌的一种中空的微米尺度颗粒，颗粒的壳层上有紧密排布的凹坑结构，使它的外形看起来很像足球或者富勒烯。蝗虫不停的把网粒体往身体上涂抹，生物学家发现这样做的一个重要原因是网粒体涂层能形成超疏水表面，从而防止蝗虫被其它蝗虫所分泌的粘稠排泄物所污染。生物学家预测具有自然界中最复杂结构之一的网粒体一定还有其它诸多未知的功能，包括在光学、热学、求偶等等方面。然而，局限于很难获得大量的网粒体，关于网粒体功能的研究变得极其困难。

【成果简介】

11月3日，Nature Communications在线发表题为“人造抗反射网粒体”（Ultra-antireflective Synthetic Brochosomes）的研究论文，通讯作者为浙江大学杨士宽研究员和宾夕法尼亚州立大学Tak-Sing Wong教授。

【本文亮点】

提出了模板辅助、种子层诱导可控电沉积制备均一结构网粒体大面积涂层的方法。网粒体的结构包括直径、凹坑尺寸和深度及凹坑数量准确可调，这为系统研究结构与功能的关联提供了可能。通过实验测试和数值模拟，揭示了网粒体结构参数与抗反射特性的内在关联。设计了在可见和近红外波段具有优异抗反射特性的网粒体涂层。探索了网粒体涂层辅助蝗虫逃避捕食者侦测的潜在功能。普适的网粒体制备策略适用于制备金属、金属氧化物、导电聚合物乃至多成分网粒体，为探索网粒体结构在能源、催化、传感、光电器件等领域的应用奠定了基础。

【图文导读】

图1.人造网粒体合成策略

a.人造网粒体合成路线示意图；

b. 单层胶体晶体模板；

c. 双层胶体晶体模板；

d. 人工合成银网粒体阵列；

e. 双层胶体晶体模板合成方法（标尺: 2 um）。

图2. 人工合成网粒体结构及控制

a, b. 2 um银网粒体结构；

c. 网粒体断面揭示合成银网粒体和自然界网粒体结构的相似性；

d. 通过控制电沉积电压和时间控制凹坑深度；

e. 网粒体上凹坑数量、尺寸与网粒体直径的关联。

图3. 人造网粒体直径、凹坑尺寸及数量控制

在4.5 µm 网粒体上，制备了不同尺寸和数量的凹坑。

图4. 人造网粒体的抗反射特性

a. 双层胶体晶体模板、电沉积银及去掉模板后的颜色变化；

b. 网粒体涂层抗反射性能与其它参比样品的比较；

c. 凹坑尺寸对网粒体抗反射性能影响；

d. 网粒体抗反射性能的角度弱依赖性。

图5. 网粒体有可能辅助蝗虫躲过捕食者的侦测及网粒体制备策略的普适性

a.通过能够模拟瓢虫的视觉相机拍照发现瓢虫很难区分网粒体涂层和蝗虫食用的叶子；

b. 不同蝗虫分泌的结构不同的网粒体的结构参数都位于低反射区域；

c. 网粒体合成策略适用于合成金属、金属氧化物、导电聚合物乃至多成分网粒体。

【展望】

通过设计网粒体结构，有望实现在中、远红外抗反射涂层构建，在太阳能高效利用及军用隐身领域有应用前景。网粒体合成方法的普适性将使不同成分的网粒体结构在能源、催化、传感及光电器件领域获得重要应用。

文献链接：Ultra-antireflective synthetic brochosomes（Nat. Commun. ,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01404-8）

本文由浙江大学杨士宽研究员提供。

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