艺术家和材料科学家都弯曲、熔化和塑造材料，使其成为有用且美观的形式。但是，人类双手所造的任何东西都无法与复杂珊瑚的 intricacy 或雪花的精致和独特几何形状相媲美。在昨天发表在《科学》杂志上的一项研究中，研究人员利用自然界的雕刻方法创造了视觉上令人惊叹的 3-D 结构，这可能会改变纳米和微材料的制造方式。
生物体会根据环境变化改变其生长模式。例如，如果水的温度、酸度或二氧化碳水平发生变化，海螺可能会从斑点图案切换到条纹图案。哈佛大学工程与应用科学学院 (SEAS) 的物理化学家 Wim L. Noorduin 利用相同的概念，诱导自组装材料产生波纹、螺旋和弯曲，形成类似叶子、茎、花朵、花瓶和珊瑚的结构。
此幻灯片中展示的奇妙微型花束不是雕刻而成，而是通过设计生长而成。Noorduin 和他的同事们以逐步方式构建这些晶体结构：首先生长花瓶，然后是茎，最后是花瓣。原始图像是黑白的，但研究人员根据每个结构形成的顺序对其进行了伪彩色处理。
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许多纳米结构（例如硅存储单元）都是使用光刻技术蚀刻的，这是一种精确但昂贵且劳动密集型的技术，只能在平面上使用。SEAS 材料科学教授 Joanna Aizenberg 说：“现在没有任何东西可以创造 3-D 结构。”她是该研究的首席研究员，也是仿生学（使用生物系统作为创造材料或设计机器的模板）的先驱。这项新技术是第一个可以设计和构建 3-D 结构的技术。它简单、便宜且高效，因为整个微型花朵森林可以同时自我组装。
尽管本研究中创建的结构只是为了展示，但该技术在未来应用方面具有潜力。这些 3-D 微结构的褶皱在微小的空间内堆积了大量的表面积，这对于依赖催化剂（加速化学反应的物质）的化学品的生产而言是一个重要的考虑因素。可用的表面积越大，您可以添加的催化剂就越多，反应效率就越高。
该过程还可用于制造非对称（手性）结构，这可能对微电路有用，因为手性在导电性中起作用。
该技术仍需改进才能在这些类型的应用中使用。该团队开发了一个数学模型，该模型可以绘制结构如何演变，这对于设计新形状很重要。Noorduin 说，他们现在正在研究设备，这些设备将使他们能够非常精确地控制环境条件，以标准化形状和尺寸。他们还需要弄清楚如何对其他材料（例如用于纳米管的碳）保持相同的控制水平。
在启动该项目三年后，Noorduin 说他仍然会回去欣赏一些他最喜欢的样品。他坐在扫描电子显微镜前，透过镜头窥视：“感觉就像潜入一片奇怪的珊瑚礁，” Noorduin 说。“你可以花几个小时看着它们。”