科学家从自然界获得灵感，破解了构成软体动物石鳖的保护外壳生物矿化的秘密，从而制得了嵌入这种动物保护壳的功能性眼睛。这项发现有望用于确定至今仍未确定的人造多功能材料的合成原理。

石鳖眼睛里的霰石晶体排列成镜片形式，可以聚光，可对靠近的物体（如捕食性鱼类）进行成像和处理。图片来源：哈佛大学Wyss研究所（Wyss Institute at Harvard University）

具有感官功能（视觉、触觉、甚至嗅觉）的多功能材料有望扩大工业设计在多个领域的可能性。受自然界启迪，由哈佛大学Wyss仿生工程研究所和麻省理工学院（MIT）科学家组成的跨机构合作已经破译了构成软体动物石鳖的保护外壳生物矿化的秘密，从而制得了嵌入这种动物保护壳的功能性眼睛。这项发现有望用于确定至今仍未确定的人造多功能材料的合成原理。该研究结果发表于11月20日的《科学》（Science）期刊上。

能够感知环境中物理刺激的多功能材料可使我们借助环境来建造房子，不断磨损，并寻找材料损伤信号，甚至有利于给药及生产生物工程器官。

Wyss研究所核心成员、Wyss自适应材料技术平台负责人、哈佛大学John A. Paulsen工程与应用科学学院材料科学Amy Smith Berylson教授Joanna Aizenberg博士表示：“到目前为止，具有多种与结构相反功能的人工材料是不可用的。我们还无法合理的设计这种材料，但研究自然界当中不同多功能生物材料有可能使我们最终演绎材料科学这一相关新领域的关键原理。”Aizenberg博士早期的研究集中于使用相同矿物质材料生长骨架和视觉器官的海星，这处于多功能生物材料研究的探索阶段。

现在，受Daniel Speiser博士之前相关生物研究的启发，Aizenberg博士和MIT材料科学与工程Morris Cohen教授Christine Ortiz博士合作形成一个多学科团队，研究自然界的另一个实例：热带海生软体动物Acanthopleura石鳖的保护性外壳，在壳上有数百对小眼睛。南加州大学的Speiser教授也加入到了这一团队当中来。

自然界当中大多数的眼睛都是由有机分子组成的。相比之下，石鳖的眼睛是一种称为霰石的无机材料，石鳖的躯体同样由这种晶体矿物质构成。它们能使石鳖感知光线的变化，从而收缩在水下以应对捕食性动物。

该团队采用一系列高分辨的微观和晶体学技术，揭开了这种眼睛的三维几何结构，完全由外角膜、透镜和暗室构成，暗室居住着石鳖神经系统聚焦图像所必需的感知细胞。重要的是，研究人员发现透镜中的霰石晶体比外壳的要大，且排列更加有规律，从而起到聚光的作用。

“单独研究眼睛，我们确定了透镜材料如何精确的在暗室中产生焦点，就像视网膜，从而对捕食性鱼类等物体进行成像。”该论文共同一作、Aizenberg教授的博士后研究人员Liang Li如是说。

Li还说：“我们还了解到，光学性能只是作为第二项功能，否则保护壳的这两个功能相互制衡。材料性能当中，如果对光学性能有利，往往对机械性能不利，因此石鳖的进化不得不通过限制眼睛的大小并将其放置在受强烈突起保护的区域，以此来平衡力学缺陷。”

Aizenberg说：“对自然界最优秀的‘多任务艺术作品’的研究可以为多功能材料的功能协同作用以及功能权衡提供方向，并引导我们发展具有革命性的仿生材料。因此，我们有望一步步接近利用这种材料来建造房屋，不仅仅是牢固的，同时还配备可灵活调节光线和温度的透镜。”

Wyss研究所创始主任、哈佛大学医学院血管生物学和波士顿儿童医院Judah Folkman教授、SEAS生物工程教授DonIngber医学博士认为：“这项研究表明了神奇的大自然如何以一种简单优雅的方式解决复杂的问题。通过开发这一简单有机体自组装多功能外壳（一方面起到环境物理保护，另一方面具有感知迎面而来侵略者的眼睛）的设计规则，该团队能够利用这些简介来合成材料，有望在工业和医疗应用领域提供全新的解决方案。”

该研究团队利用美国能源部科学办公室设于阿贡国家实验室的先进光子源2-BM光束来进行高分辨X射线微断层成像，从而确定石鳖外壳感知结构的3D形态。 

新材料在线编译整理——翻译；菠菜      校正：摩天轮