来自俄罗斯和瑞士的科学家研究了覆盖小果蝇眼睛角膜的纳米结构。通过他们的研究纳米涂层是什么，该团队了解了如何以具有成本效益和环保的方式生产具有抗菌、抗反射和自清洁特性的安全可生物降解纳米涂层。该保护涂层可在医药、纳米电子、汽车工业和纺织工业等各个经济领域得到应用。一篇描述这些发现的文章发表在《自然》杂志上（“果蝇角膜纳米涂层的逆向工程”）。

从果蝇头部的宏观图像到覆盖有包皮的单层乳头状纳米结构的原子力显微镜 (AFM) 图像显示了放大倍数的逐步增加。（照片：Mikhail Kryuchkov，瑞士日内瓦大学医学院细胞生理学和代谢学系。瑞士洛桑大学药理学和毒理学系）远东联邦大学（FEFU，俄罗斯）的科学家与日内瓦大学、洛桑大学和苏黎世瑞士联邦理工学院的同事开展了一项跨学科研究项目，他们能够人工复制纳米管的纳米涂层。天然工程果蝇 (Drosophila melanogaster) 角膜可保护昆虫的眼睛免受最小灰尘的侵害并阻挡光线反射。纳米涂层工艺可以满足各种经济领域的需求。它可以包裹任何平面或三维结构，并根据任务赋予抗反射、抗菌和疏水特性，包括自清洁能力。

例如，后者对于用于矫正视力的昂贵的可重复使用的过夜角膜塑形镜来说是一个非常重要的功能。类似的抗反射涂层是已知的，尽管是通过更复杂和更昂贵的方法生产的。它们用于计算机面板、眼镜和博物馆画作上，可以用它们覆盖以排除光线的反射和折射。

“我们能够生产任意数量的纳米涂层，因为纳米涂层的设计比制造类似结构的现代方法更具成本效益。使用天然成分不需要特殊设备，也不需要大量的能源消耗和化学限制蚀刻、光刻和激光印刷，”远东大学生物医学学院研究负责人兼天然化合物药理学实验室负责人 Vladimir Katanaev 解释说。“这一进步具有广泛的应用。例如，纺织品的结构染色可能会根据视角改变颜色。可以制造基于超材料的迷彩涂层，用于医疗植入物的抗菌层，以及用于接触镜片和防护罩。挡风玻璃的自清洁涂层。

佰家富科学家们设法通过直接和逆向生物工程方法重建了小果蝇的角膜涂层。首先，他们将保护层分解为其组成成分，结果是视黄酸（蛋白质）和角膜蜡（脂质），然后在室温下重新组装以覆盖玻璃和塑料表面。

根据 Vladimir Katanaev 的说法，任何其他类型的材料也可以进行纳米涂层。结合不同类型的蜡和类维生素A蛋白的基因操作，可以设计出高度多样化和复杂的功能纳米涂层。

这位科学家解释说，果蝇角膜上形成保护性纳米结构的潜在机制是自组织过程，艾伦·图灵在 1952 年将其描述为反应-扩散机制。这与研究期间进行的数学建模是一致的。

该机制还负责形成图案，例如在斑马或豹子的皮毛上。保护果蝇眼角膜的纳米结构是第一个公认的纳米级图灵模式的例子。在研究项目的过程中，科学家们详细描述了类视黄醇纳米涂层是什么，因为迄今为止对该蛋白质的研究很少。结果表明，这种最初非结构化的蛋白质在与角膜蜡相互作用时形成球形结构。因此，科学家们根据图灵模型深入研究了自组织的生物物理特性，强调了一个可能处于自组织核心的重要分子过程——蛋白质结构的起始。

佰家富下一阶段，研究团队的目标是开发基于图灵机制的三维纳米结构模型（在涂层内具有纳米漏斗、纳米柱、纳米辊）。这项工作将处于现代科学知识的最前沿，并可能产生令人鼓舞的基础和技术后果。

Vladimir Katanaev 教授大约 10 年前开始研究果蝇的眼睛结构。据这位科学家说，第一个数据几乎是通过原子力显微镜即兴获得的。在与俄罗斯科学院蛋白质研究所Igor Serdyuk教授实验室的合作中，发现果蝇的角膜表面并不光滑纳米涂层是什么，而是布满了伪有序纳米级产物的美丽图案。事实证明，这种纳米涂层早在 1960 年代后期就被描述在飞蛾的眼睛表面，这种大型昆虫还为这些昆虫提供抗反射能力，将入射光的反射减少到零并优化黑暗中的光感。