大自然为生物体进化出的设计策略提供了独特的见解，以构建坚固的材料。在这种情况下，研究小组能够以螳螂虾的指节为灵感，创造出一种新的抗冲击材料。这种新材料可用于需要承受重复的高应变率冲击同时保持结构完整性的应用。研究结果于 2021 年 9 月 1 日发表在Advanced Materials 上。

VTT 的一个研究小组成功地设计和生产了一种矿化生物复合材料，该复合材料具有高强度、刚度和断裂韧性，类似于螳螂虾的指节结构设计。

“这些迷人的虾是自然界中最致命的杀戮机器之一。相对于它们的小体型而言，它们具有动物王国中最强的冲击力。它们通过抛出一对锤子状的猛禽附肢以极快的速度和更大的力量粉碎猎物VTT 的研究科学家 Pezhman Mohammadi 博士解释说。“螳螂虾的主要食物来源是硬壳海洋生物，如软体动物。为了获得柔软、营养丰富的部分，它们会直接通过这些高度矿化的外骨骼消失。”

早期的研究表明，球杆是一种具有分级机械性能的多相分层有序纳米复合材料。“球杆有一个柔软的内层，提供能量耗散和坚硬、坚硬且抗冲击的外层。这些层一起提高了球杆的整体损伤容限。两层具有相似的构建块，但相对含量不同，多晶型形式和组织。主要组成部分是螺旋状排列的几丁质纳米纤维，它们通过富含蛋白质的基质粘合在一起，”Mohammadi 说。

结合纤维素纳米晶体和蛋白质

研究小组通过使用类似的构建块和加工条件复制了这种结构。他们组装了一种新的复合材料，它由纤维素纳米晶体和两种类型的基因工程蛋白质组成。一种蛋白质被设计用于增加材料的界面强度，另一种蛋白质用于介导羟基磷灰石晶体的成核和生长。通过将这种新的复合材料加工成具有周期性微强化方向图案的牙种植冠，以及类似于人类牙齿的双层结构，将其加工成复杂的形状。通过进一步的研究，可以对蛋白质进行改造，为材料提供新的特性。

对于未来的应用，材料的可扩展性和加工条件需要进一步开发。