研究人員使用納米3D打印來研究孔雀蜘蛛如何呈現(xiàn)彩虹

近幾年，3D掃描和3D打印機技術的快速發(fā)展，對于自然界的研究方面貢獻了重要力量，使得科學家們能夠更加親近的觀察復雜而迷人的結構。最近，科學家們在這個領域又有了最新突破，是關于澳大利亞的彩虹孔雀蜘蛛。 一組研究人員使用3D納米打印技術來弄清楚它是如何產(chǎn)生多色虹彩顯示的，他們的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在可以用于各種工程應用。

澳大利亞的孔雀蜘蛛可能是蜘蛛綱家族中最引人注目的成員，而彩虹孔雀蜘蛛是它們中最令人印象深刻的物種。雄性彩虹孔雀蜘蛛用醒目的彩色顯示器來吸引伴侶，五毫米大小的蜘蛛比孔雀更進一步，因為它能夠呈現(xiàn)全彩的彩虹。 這是自然界唯一有這種能力的生物，一組研究人員想知道它究竟有多可能。

這個研究項目是跨學科的，由加利福尼亞圣地亞哥大學斯克里普斯海洋研究所的博士后Bor-Kai Hsiung領導。 他從博士學位的時候就開始了， 在Todd Blackledge和Matthew Shawkey的指導下，研究自然如何出現(xiàn)虹彩，并且從極端的相反的兩端接近問題。 除了彩虹孔雀蜘蛛之外，他還研究了非彩虹色藍色狼蛛的解剖結構。

他接著組建了一個國際團隊，其中包括來自阿克倫大學，加州理工學院，內(nèi)布拉斯加大學林肯分校，比利時根特大學，荷蘭格羅寧根大學和澳大利亞的生物學家，物理學家和工程師。 他們開始著手確定彩虹孔雀蜘蛛彩虹的顏色是如何起作用的。 研究小組利用光學和電子顯微鏡，高光譜成像，成像散射測量和光學建模。 這些技術使他們能夠對蜘蛛的強烈虹彩是如何通過其尺度創(chuàng)造出一些普遍的假設，然后轉向3D打印以便測試這些假設。

使用專門的納米3D打印技術構建原型并對其進行實驗，最終證明彩虹色是由專門的腹部鱗片產(chǎn)生的。 蜘蛛的鱗片結合了表面上的納米級衍射光柵結構的翼型微觀三維輪廓。 表面納米衍射光柵與尺度的微觀曲率之間的相互作用導致光分離和分離成其分量波長，這產(chǎn)生強烈的彩虹顯示引起我們的注意，更重要的是，合格的雌性蜘蛛。 通過比現(xiàn)在人造工程技術所能實現(xiàn)的更精細的角度和更小的距離來實現(xiàn)光的分離和隔離。

加州理工學院的研究合作者之一Radwanul Hasan Siddique說：“作為一名工程師，我發(fā)現(xiàn)這些蜘蛛結構色彩令人著迷的是，這些長期進化的復雜結構如何能夠超越人類工程學。 “即使采用高端制造技術，我們也無法復制確切的結構。我不知道這些蜘蛛如何把這些奇特的結構模式集合在一起！“

彩虹孔雀蜘蛛如何產(chǎn)生自己的小彩虹的發(fā)現(xiàn)可能被證明是工程和其他領域的重大發(fā)展，其規(guī)模機制可能會影響彩色和光線技術的新突破。研究結果可能有助于克服目前光譜操作的局限性，以及減小光譜儀的尺寸。這可以用于需要在一個非常小的封裝中進行精細光譜分辨率的應用，特別是空間探索任務的儀器或工業(yè)環(huán)境的可穿戴式化學探測系統(tǒng)。

編譯自：3der