灵感源自大自然3D印花表面

来源：长三角G60激光联盟

据悉，为了在极端的环境中生存，许多动物和植物已经发展出了我们只能从电影中的超级英雄那里才能知道的卓越能力。

△图片示意性地显示了模仿微小圣诞树的图案，这些圣诞树产生了著名的蓝色莫尔斐蝴蝶的颜色。来源：RUB

为了在极端的环境中生存，许多动物和植物已经发展出了我们只能从电影中的超级英雄那里才能知道的卓越能力。在大多数情况下，它们的能力是基于其表面的非凡特性。模仿这些特性在工程领域为开发新产品和解决技术问题提供了巨大的潜力。波鸿（Bochum）和基尔（Kiel）的研究团队成功地利用一种称为双光子聚合（2PP）的高精度3D打印技术，模拟了著名的蓝色莫尔斐蝴蝶的结构颜色。研究人员在2022年9月2日《Journal of Optical Microsystems》上发表的一篇论文中展示了他们的最新发现。

M. didius表面结构的形态及其蓝色翅膀表面的光学特性。

生物模拟领域的研究由Applied Laser Technologies at Ruhr-Universität Bochum (RUB)应用激光技术的研究人员进行，由Andreas Ostendorf教授和Cemal Esen教授领导，Kiel University (CAU)功能形态学和生物力学小组的研究人员由Stanislav Gorb教授领导。

以生物为灵感的圣诞树的3D打印

2PP是一种基于激光的打印技术，可以加工所有三维感光树脂。与传统的打印技术不同，它可以使用虚拟计算机模型创建复杂而真实的3D结构，而无需支撑结构。此外，2PP能够实现高分辨率，因为单个结构特征可以测量到100纳米以下的尺寸。这个数字大约相当于人类头发厚度的千分之一。

用干涉辅助2PP模拟M. didius板层脊。

2PP的3D打印能力使研究人员能够在微观和纳米尺度上生成层次结构。通过这种方式，他们能够模仿蓝色变形蝶的结构颜色，包括它们非凡的光学特性。蝴蝶的颜色是由其上翼表面上的小圣诞树状结构形成的。此外，光线和圣诞树之间的复杂物理现象使人们能够观察到几乎对角度不敏感的蓝色。RUB研究员Gordon Zyla表示：“这非常令人惊讶，因为通常结构颜色在由类似的物理现象（例如折射）产生时，看起来就像彩虹一样闪耀。”

仿生结构颜色，用于防伪应用
在他们目前发表在《Journal of Optical Microsystems》上的工作中，研究人员根据以前的出版物成功地重新设计了他们的蝴蝶灵感结构。重新设计使他们能够均匀地或仅从特定方向观察到不受角度影响的蓝色。为此，他们首先分析了加州大学Morpho didius蝴蝶翅膀表面的光学特性和形态。根据他们的发现，他们得出结论，他们可以通过仅在微尺度上改变其层次结构的几何形状，同时仍在纳米尺度上模仿蝴蝶的结构，来控制角度不敏感颜色出现的方向。

由仿生2PP结构产生的蓝色结构颜色及其光学特性。

例如，作者提出的新颖设计适合制造高度复杂的防伪特征。总的来说，他们的研究表明了2PP技术在仿生学中的巨大潜力。在这种情况下，作者认为，可以使用2PP与新型光敏材料相结合来模拟自然界的各种功能结构。因此，在生物体中发现的其他超级能力也可以用于不同的工程应用。

来源：Two-photon polymerization as a potential manufacturing tool for biomimetic engineering of complex structures found in nature, Journal of Optical Microsystems (2022). DOI: 10.1117/1.JOM.2.3.031203