游离脂肪酸可以杀死或抑制细菌和真菌的生长，类固醇可以减少海绵和海星的生物粘附 。然而，对于类固醇的这种作用机制还没有合理的解释。弹尾目表皮的两亲性脂质组分也包含在动物和细菌细胞的膜中，其在分子机器的区室化和功能对准中起关键作用。特别是胆固醇，已经被全面研究，并且它的存在被认为是调节功能性脂质结构域和蛋白质与脂质之间相互作用的关键。然而，胆固醇在细胞膜以外的生命结构界面的功能相关性还未得到充分研究。德国德累斯顿工业大学Carsten Werner团队证明了，由胆固醇层的界面取向波动引起的熵排斥限制了蛋白质吸附和细菌粘附。此外，当含有少量（低于10wt%）胆固醇时，固有粘合性蜡酯层变得类似抗生物粘附。润湿、吸附和粘附实验以及原子模拟表明，排斥特性取决于胆固醇的特定分子结构，其在无约束超分子组装体的界面处编码精细平衡的波动重取向：层的胆固醇类似物不同，只有在微小的分子变化显示出显着不同的界面流动性和无抗粘附作用。此外，取向固定的胆固醇层不抵抗生物粘附。该工作从物理化学角度提供了一个新的生物界面概念，并可能指导未来的材料设计在调节粘附的应用。该项工作以 “Entropic repulsion of cholesterol-containing layers counteracts bioadhesion”为题发表在Nature上。
中国科学技术大学俞书宏院士，吴恒安教授和茅瓅波副研究员（通讯作者）以双壳类褶纹冠蚌的铰链为研究基础，表明褶纹冠蚌的铰链可以承受大约1500000次典型的载荷循环（相当于每分钟一个循环持续近3年），而不会受到疲劳损伤，揭示了这种抗疲劳性的工作原理。研究表明，铰链作为一个厚实的半圆形拱形，其内部部分形成“折叠扇区”和沿其外围边缘的弹性“外韧带”。在每一端，拱门都连接到从其中一个阀门延伸的刚性基础。当贻贝的肌肉收缩和瓣膜关闭时，足弓的基础会旋转。当基础旋转时，拱形折叠扇区域保持其径向尺寸，但圆周变形，内边缘压缩，外边缘扩展。这会拉伸外韧带并允许它充当弹簧，储存弹性能量，在肌肉放松时将铰链恢复到初始配置。因此，外韧带的能量存储要求折叠风扇区域在圆周上变形，但在径向上保持形状，并且这两个特征都必须具有抗疲劳性。
相关研究成果以“Deformable hard tissue with high fatigue resistance in the hinge of bivalve Cristaria plicata”为题发表在Science上。
3、仿生膜化人工细胞
据中科院官网介绍，中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室乔燕课题组开展了人工细胞的构筑、应用及其类细胞行为的研究，并取得了系列研究进展。近期，该团队模拟植物细胞壁，对液-液相分离形成的凝聚液滴包裹了类似细胞的刚性质膜，从而限制了凝聚液滴融合，增加了结构稳定性，实现了凝聚液滴组织的高级次结构和复杂可调控的功能。 该研究通过多糖高分子对蛋白质和维生素组装形成的凝聚液滴进行了表面膜化，限制了液滴融合，实现了对凝聚液滴尺寸的控制；调节了液滴间物质交换，构建了可以通讯的多元人工细胞群落；多糖膜的半透性增强了凝聚液滴对客体物质选择性摄取，实现了凝聚液滴表面功能化。在此基础上，由于多糖膜的生物可降解性，赋予了凝聚液滴膜门控能力，通过酶触发膜透过性的变化，引起大肠杆菌被凝聚液滴人工细胞捕获和杀灭。此外，多糖膜化的凝聚液滴通过离心可进一步组装成类组织结构，并实现不同人工细胞区室间的酶级联催化反应。相关研究成果发表在Journal of the American Chemical Society上。
兼具轻质、高强，隔热和耐火性能的先进建筑材料是我国建筑行业实现“双碳目标”的重要基础。全球建筑物能源消耗超过总能耗的40%，其中大部分用于供暖和制冷系统以满足舒适度需求。墙壁和屋顶热传导占总传导的约40%。因此，设计和制备高效隔热的多功能建筑材料至关重要。传统的商用保温材料已经无法满足下一代绿色建筑的能效要求。虽然硅气凝胶作为最先进的绝热材料之一，具有高孔隙率（99.98%）和极低导热系数（仅0.018 W m-1 K-1），但其天然脆性和昂贵的制备工艺限制了大规模应用。因此，实现低密度、高力学性能和低导热率的先进隔热材料的组合是一项巨大挑战。在建筑材料研发中，追求轻质、高强、隔热和耐火的全新解决方案势在必行。
本研究基于仿生理论对水泥基因C-S-H（C-A-S-H）进行微结构改良，创制了一种超轻水泥气凝胶，这种水泥气凝胶表现出超高的机械性能，超低导热率，良好的阻燃性，拓展了气凝胶种类，推动了水泥材料从 “传统性能” 到“先进功能”的跨越。相关论文被选为封面期刊发表在Advanced Science，以及Carbon Energy上。
5、南京大学余林蔚Nat. Commun.：纳米线塑形微纳机械手仿生设计及操控最新研究成果
南京大学余林蔚教授团队提出了一种基于超细晶硅纳米线（nanowires, NWs）定位生长和形貌编程能力实现的极简仿生机械手可靠制备和仿生微纳机械手操控应用策略。首先，基于课题组自主创新的（In-plane solid-liquid-solid, IPSLS）纳米线生长模式 [1-5]，引导生长具有反嵌套Ω环形状的超长、精细（直径~100 nm）晶硅纳米线；其次，将之组装成为悬空导电沟道，在磁场背景下通过可精确调控的驱动电流，产生由纳米线形貌定向的洛伦兹力，激励微纳机械手实现一些列高灵活、大振幅和多维度的三维夹取、翻转、扭动和释放等类手指（finger-like）仿生操作能力。由于采用超细纳米线作为机械手支架，并融合了IPSLS纳米线独特的柔性形貌设计优势，此微纳机械手可以在较低的交流驱动电流下实现多模态高频振荡（甚至谐振），对于克服在微观世界中普遍存在的粘性范德华力，实现可靠、精准地载荷释放，提供了十分有利的调控新维度。最后，基于机械手的“双手协同”还成功地展示了对micro-LED单元的准确拾取、在线测试和定位安装。此“单纳米线塑形”（single nanowire morphing）极简微纳制备和洛伦兹力驱动策略将为快速设计、定形和验证各类新颖仿生机器提供一个极其方便、灵活和强大的制备应用平台，并有望在微生物/细胞操纵、基因工程、精密组装和高灵敏探测等前沿领域得到广阔的应用。
此工作以“Ultracompact single-nanowire-morphed grippers driven by vectorial Lorentz forces for dexterous robotic manipulations”为题近期发表于Nature Communications。
6、轻质高强韧高阻尼镁-MAX相仿生金属陶瓷
据中国科学院金属研究所官网报道，材料使役行为研究部仿生材料设计团队与轻质高强材料研究部及国内外科研人员合作，选用兼具金属和陶瓷特性并且与镁界面润湿性良好的MAX相陶瓷作为组元，利用含氧气氛下的可控球磨工艺将MAX相剥离成亚微米尺度薄片，进而利用真空抽滤实现陶瓷薄片的择优定向排列，最后将镁熔体浸渗入部分烧结的多孔陶瓷骨架中，研制了具有超细尺度三维互穿类贝壳结构的新型镁-MAX相仿生金属陶瓷材料，如图1所示，该仿生金属陶瓷材料具有以下特点：仿生空间构型：MAX相薄片择优定向排列，镁填充薄片之间的空隙，形成类似天然贝壳的微观软硬交替层状结构，有助于减弱裂纹尖端的有效应力强度水平，诱导裂纹沿镁相发生偏转，并通过MAX相薄片的桥接与拔出阻碍裂纹面张开，从而起到有效的增韧作用；两相三维互穿：镁和MAX相各自保持连续，连续的镁有助于保留其高阻尼性能，连续的MAX相有助于获得高强化效率，并且两相在三维空间相互贯穿，促进各相内部以及两相之间的应力传递，减轻应力集中，延缓因各单一相或两相界面损伤导致整体过早断裂；超细结构尺度：镁和MAX相的特征尺寸均在亚微米到纳米范围，实现金属相细晶强化，同时减小MAX相中的缺陷尺寸，充分发挥陶瓷组元的强化作用，并且获得高密度（~7.5×103mm-1）的两相界面，通过促进位错在界面处形成与可逆运动提高阻尼性能。上述组成与结构的巧妙设计赋予仿生材料优异的轻质高强韧高阻尼性能，在密度与铝合金相当的条件下（2.79g·cm-3），其室温压缩与弯曲强度均超过1GPa，即使在200°C下，其强度依然接近700MPa，均显著高于各组元以及其他镁-陶瓷复合材料，同时获得了超过350MPa/(g·cm-3)的超高比强度，高于绝大多数块状镁及镁合金、陶瓷以及其他金属-陶瓷复合材料，并且仿生材料表现出超过单一镁组元的优异阻尼性能以及良好的断裂韧性（16.4MPa·m1/2）。新型镁-MAX相仿生金属陶瓷在承载、减振等方面具有独特优势，有望应用于航空航天、精密仪器等领域，该仿生设计思路也可为开发新型高性能金属陶瓷材料提供有益启示。相关研究成果近期发表在Materials Today，第一作者为博士研究生刘艳艳，并且申请发明专利一项（专利号：ZL202110727077.9）。
7、中科大俞书宏院士团队Adv. Mater.：仿生高抗冲击性能陶瓷-聚合物复合材料
中国科学技术大学化学系俞书宏院士、高怀岭教授和力学系郑志军副教授团队提出了一种独特的仿生梯度Bouligand（GB）结构设计。在3D打印技术的辅助下，氧化铝微米片首先在高岭土打印纤维内同轴排列，然后通过调节每层的纤维间距将其排列成GB结构骨架，通过进一步烧结得到陶瓷骨架，并将聚合物熔融浸渍道骨架内，从而得到仿生GB结构陶瓷-聚合物复合材料。作者系统地评估了不同结构元素（微米片排列、聚合物引入、陶瓷纤维的Bouligand排列和组分的梯度分布）对所得陶瓷-聚合物复合材料的性能改善的预期结果。研究显示，与无结构设计和单一结构设计的复合材料相比，GB结构的复合材料显示出大幅改善的动态抗冲击性能，通过结合有限元（FE）模拟进一步阐明了这种仿生GB结构在动态冲击过程中的基本作用机制。相关研究结果以题为“Biomimetic Gradient Bouligand Structure Enhances Impact Resistance of Ceramic-Polymer Composites”发表在国际知名期刊Advanced Materials上。
