一只南美蝴蝶扇动着翅膀，在俄亥俄州引发了一场纳米技术研究热潮。研究人员对蝴蝶翅膀和水稻叶片进行了新的研究，了解了它们的微观纹理，可以改善各种产品。

例如，研究人员能够清除模仿蝴蝶翅膀纹理的涂覆塑料表面上多达85%的灰尘，相比之下，在平坦的表面上只有70%的灰尘。在最近一期的《软物质》(Soft Matter)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——这种特性可以在飞机、船舶、管道和医疗设备的高科技表面中模仿。

“大自然已经进化出许多自清洁或减少阻力的表面，”Bharat Bhushan说，他是俄亥俄州杰出学者，也是俄亥俄州机械工程霍华德D. Winbigler教授。无论你是想让几滴血液通过纳米通道，还是数百万加仑的原油通过管道，减小阻力都是工业需要的。自我清洁的表面对医疗设备很有用——导管或任何可能藏有细菌的东西。”

Bhushan和博士生Gregory Bixler使用电子显微镜和光学分析器研究了蓝色大闪蝶(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纹理的塑料复制品，并将它们抵御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。

蓝色大闪蝶常见于中美洲和南美洲，是一种标志性的蝴蝶，以其明亮的蓝色和彩虹色而著称。除了它的美丽，它还有一种能力，那就是扇动翅膀，甩去尘土和水。布山解释说，对于自然界中的蝴蝶来说，保持清洁是一个至关重要的问题。

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

电子显微镜显示，蓝色大闪蝶的翅膀并不像肉眼看到的那样光滑。相反，蝴蝶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，稻叶提供了一种更超现实的景观，一排排微米(百万分之一米)大小的凹槽，每一个凹槽上都覆盖着更小的纳米(十亿分之一米)大小的凸起，所有的角度都是为了将雨滴引导到茎部和植物底部。叶子上还有一层光滑的蜡质涂层，可以让水滴继续流动。

研究人员想测试蝴蝶的翅膀和米叶如何显示他们研究过的其他表面的一些特征，比如鲨鱼的皮肤，它覆盖着光滑的、微观的凹槽，使水在鲨鱼周围顺畅地流动。他们还测试了鱼鳞，并将无纹理的平面作为比较对象。

在仔细研究了所有的纹理之后，研究人员用硅树脂制作了它们的模具，并铸造了塑料复制品。为了模仿大米叶子上的蜡状涂层和鲨鱼皮肤上的光滑涂层(实际上是粘液)，他们用一种特殊的纳米颗粒涂层覆盖所有表面。

在一项测试中，他们在塑料管上铺上不同的涂层纹理，并将水推入其中。由此产生的管道内水压下降是流体流动的标志。

对于一根鸡尾酒吸管大小的管子，一层涂有纳米颗粒的鲨鱼皮纹理薄内衬比未涂的表面降低了29%的水压。第二名是包膜水稻叶，占26%，第三名是蝴蝶翅膀，占15%。

然后，他们用碳化硅粉末(一种常见的工业粉末，类似于天然污垢)在这些纹理上撒上粉末，测试表面清洁的难易程度。他们以45度角拿着样本，用注射器在上面滴两分钟的水，总共大约两汤匙的水冲洗过它们。他们用软件计算了洗涤前后每个纹理上的碳化硅颗粒的数量。

鲨鱼皮是最干净的，98%的颗粒在测试中被洗掉了。接下来是水稻叶片，95%被洗掉，蝴蝶翅膀，85%被洗掉。相比之下，只有70%的水从平坦的表面被冲走。

Bushan认为，水稻叶片的纹理可能特别适合帮助液体在管道中更有效地移动，比如微型设备中的管道或石油管道。

至于蓝色大闪蝶美丽的翅膀，它们保持蝴蝶清洁和干燥的能力让他想到，隔板屋顶的纹理可能适合医疗设备，在那里它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