一只南美蝴蝶扇动了它的翅膀，在俄亥俄州引起了纳米技术研究的热潮。研究人员对蝴蝶翅膀和水稻叶子进行了新的观察，了解了它们的微观结构，可以改善多种产品。

例如，研究人员能够从一个模仿蝴蝶翅膀纹理的涂覆塑料表面上清除85%的灰尘，而在一个平坦的表面上只能清除70%的灰尘。在最近一期的《软物质》杂志上，俄亥俄州立大学的工程师们报告说，这种纹理可以增强流体流动，防止表面变脏——这些特性可以在飞机、船舶、管道和医疗设备的高科技表面上模仿。

“大自然已经进化出许多可以自我清洁或减少阻力的表面，”俄亥俄州立大学著名学者、霍华德·d·温比勒机械工程教授巴拉特·布山(Bharat Bhushan)说。“对于工业来说，减小阻力是可取的，无论你是想通过纳米通道输送几滴血，还是通过管道输送数百万加仑原油。自我清洁的表面对医疗设备——导管或任何可能滋生细菌的东西——都很有用。”

Bhushan和博士生Gregory Bixler使用电子显微镜和光学剖面仪研究了巨型蓝闪蝶(Morpho didius)的翅膀和水稻植物Oriza sativa的叶子。他们铸造了这两种微观结构的塑料复制品，并将它们排斥污垢和水的能力与鱼鳞、鲨鱼皮和平坦表面的复制品进行了比较。

蓝闪蝶常见于中美洲和南美洲，是一种标志性的蝴蝶，因其明亮的蓝色和彩虹色而受到珍视。除了它的美丽之外，它还能扑扇翅膀甩去灰尘和水。Bhushan解释说，对于大自然中的蝴蝶来说，保持清洁是一个关键问题。

“它们的翅膀非常脆弱，沾上灰尘或湿气会让它们很难飞行，”他说。“此外，雄性和雌性通过翅膀上的颜色和图案来识别对方，而且每个物种都是独一无二的。所以为了繁殖，它们必须保持翅膀明亮可见。”

电子显微镜显示，蓝闪蝶的翅膀并不像肉眼看到的那样光滑。相反，它的表面纹理像一个隔板屋顶，一排排重叠的瓦片从蝴蝶的身体向外辐射，这表明水和污垢从翅膀上滚下来“就像水从屋顶上滚下来”，Bhushan说。

在显微镜下，水稻的叶子呈现出更加超现实的景观，一排排微米(百万分之一米)大小的凹槽，每个凹槽上都覆盖着更小的纳米(十亿分之一米)大小的突起，它们都有一定的角度，将雨滴引导到茎部，并向下到达植株底部。叶子上还有一层光滑的蜡质涂层，可以保持水滴的流动。

研究人员想要测试蝴蝶的翅膀和米叶是如何表现出他们研究过的其他表面的一些特征的，比如鲨鱼的皮肤，上面覆盖着光滑的微观凹槽，使水在鲨鱼周围顺畅流动。他们还测试了鱼鳞，并包括无纹理的平面进行比较。

在近距离研究了所有的纹理后，研究人员用硅胶制作了它们的模型，并铸造了塑料复制品。为了模仿米叶上的蜡质涂层和鲨鱼皮肤上的光滑涂层(实际上是粘液)，他们在所有表面都覆盖了一层由纳米颗粒组成的特殊涂层。

在一项测试中，他们在塑料管内衬了不同的涂层材质，并将水推入其中。由此产生的管道水压降是流体流动的一个指标。

对于鸡尾酒吸管大小的管道来说，涂有纳米颗粒的鲨鱼皮质地薄衬里比未涂有纳米颗粒的表面降低了29%的水压下降。涂层水稻叶排在第二位，占26%，蝴蝶翅膀排在第三位，占15%左右。

然后，他们在纹理上撒上碳化硅粉末——一种类似天然污垢的常见工业粉末——并测试其表面的清洁难易程度。他们将样本呈45度角，用注射器将水滴落在样本上，持续两分钟，总共大约有两汤匙水从样本上流过。通过软件，他们计算了每种纹理在洗涤前后的碳化硅颗粒数量。

鲨鱼皮是最干净的，98%的微粒在测试中被洗掉了。接下来是米叶，95%，蝴蝶翅膀，大约85%被洗掉。相比之下，只有70%的水从平坦的表面被冲刷掉。

布山认为，米叶的质地可能特别适合于帮助液体在管道中更有效地流动，比如微型设备中的管道或石油管道。

至于蓝闪蝶美丽的翅膀，它们能够保持蝴蝶的清洁和干燥，这表明它的隔板屋顶结构可能适合医疗设备，可以防止细菌的生长。

这项研究由美国国家科学基金会资助