解密蝴蝶隐形翅膀上黑科技，防雾抗反光，能做最先进的眼压测量仪

说起自然界的伪装大师，枯叶蝶肯定要占一席之地。当蝴蝶合拢翅膀休息时，就像一片掉在地上的落叶，干枯的棕色叶面上，分布着一道道暗色的叶脉，树叶边缘还微微卷起。如果枯叶蝶保持静止不动，在一堆落叶里，你根本找不到它的身影。

来测试一下眼力，数数这张照片里有几只蝴蝶（答案见评论）。

枯叶蝶翅膀上，描绘出花纹和色彩的材料，是一粒粒细小的鳞片。鳞片能把枯叶蝶画成树叶，让它融入背景，和环境融为一体。变成背景色融入环境只是伪装的一种方式，蝴蝶界还有另一位伪装大师，它采用的是跟枯叶蝶截然相反的伪装方式，这位伪装大师是玻璃蝴蝶。

玻璃蝴蝶没在翅膀上涂抹背景的颜色，它直接长出一对透明的翅膀，背景色透过透明的翅膀，蝴蝶变成隐形的蝴蝶。玻璃蝴蝶抛弃了翅膀上彩色的鳞片，直接裸露出透明的底色。光线像穿透玻璃一样，穿过蝴蝶的翅膀，所以名字叫玻璃蝴蝶。但是，蝴蝶的透明翅膀比玻璃要高级多了，它不仅能阻止水雾凝结，还能抵抗光线的反射。

拿你的车窗玻璃来做比较，下雨时，车窗玻璃内部会凝结一层水雾，但是玻璃蝴蝶的翅膀上不会。阳光照射在车窗上，在某个特定的角度上，会反射出一道明亮的光线，明晃晃地刺痛过路人的眼睛。但是玻璃蝴蝶的翅膀上，不会出现刺眼的反射光线。

当蝴蝶在天空中飞行时，无论阳光从哪个角度照射过来，都会直接穿透翅膀，而不是照亮翅膀。失去了翅膀上的反射光线，空中的鸟儿很难发现蝴蝶的身影。蝴蝶无论是停留在树叶上休息，还是飞舞在阳光下，都能保持隐身，躲避天敌的视线。

玻璃蝴蝶的翅膀，跟其他蝴蝶和昆虫的翅膀一样，都是由普通的几丁质材料构成。不含色素的几丁质本身是透明的，却像车窗玻璃一样，会反射光线，不会像玻璃蝴蝶一样隐形。把普通的几丁质变得隐形的秘密在于，蝴蝶在光滑的翅膀上，刷上了一层凹凸不平的涂层。

放大玻璃蝴蝶的翅膀，我们来看细节。翅膀上长着一根根毛发，这些像汗毛一样的细小毛发，其实是蝴蝶翅膀上鳞片的变异，只不过这些变异鳞片是透明的，不含色素。其他蝴蝶翅膀上的鳞片是一层层地重复堆积，而玻璃蝴蝶的毛发则是一根根松散地排列，中间留有很大的缝隙，稀疏的毛发能让光线不受阻碍地穿透翅膀。不过，毛发并不是让翅膀隐形的关键，隐形的关键在毛发下翅膀的表层结构上。

继续放大翅膀，你能看见翅膀上粗糙的表面，这层粗糙的表面是纳米层，由一根根突起的纳米柱子组成。一根纳米柱子的直径50纳米，只有头发丝的万分之一粗。有趣的是，这些纳米柱子并不是规规矩矩地竖直排列，而是随机地歪倒。

正是这些歪歪扭扭，高低不等的纳米柱子，构成了翅膀表面抗反射的特性。无论光线以什么样的入射角照射到翅膀，都不会出现反光。从垂直方向上的0度，一直到几乎平行翅膀的80度。从不同角度照射到翅膀上的光线，统统都能通过纳米柱的表面，穿透到另外一边。

当科学家用胶带粘除掉翅膀上粗糙的纳米层后，这时光线照射在光滑的翅膀上，出现了反光。涂上一层纳米层，就能大大提高蝴蝶翅膀抵抗反光的性能，如果把这个纳米层的黑科技，运用到各种玻璃和光电产品上，那岂不是效果非凡？

比如，给汽车的车窗上涂一层纳米层，车窗既能防雾，又不会反光。再比如，给太阳能电池板涂上一层纳米层，无论阳光从哪个角度照射，电池板表面都不会把阳光反射出去，大幅度提高吸收阳光的效率。

全方位抗反光的纳米层适用的地方很广，你可以罗列出一大堆，但是有一个更神奇的用处，你肯定想不到。加州理工学院的研究团队，设计了一种带纳米层的微型测量仪器，可以直接安装在青光眼病人的眼睛里监测眼压。

青光眼是导致失明的第二大原因，仅次于白内障。青光眼病人的眼压升高，会损害视神经，导致失明。治疗青光眼最有效的方法是，在病人出现眼压突然增高的时候，及时使用药物降低眼压。但是测量眼压并不像测量血压那么方便，病人自己没法监测，只能去医院，让医生用专业仪器测量。

现在工程师发明了一种，跟头发丝一样细的测量仪，可以像隐形眼镜一样放进眼睛里。随着眼压的增加，测量仪会逐渐弯曲，弯曲度转换成眼压数值。病人在配套的手持显示器上，能直接读取眼压的测量数据。普通的眼压测量仪，只有保持跟眼球表面垂直，才能得到准确的测量数据。但是加了蝴蝶纳米柱的测量仪，可以忽略光线的入射角度，大大减少测量的误差。

研究团队已经加强了测量仪的抗污染特性，这种纳米结构的测量仪可以大规模地生产。等着投入商用之后，只要戴上比隐形眼镜还小的镜片，病人就能随时监测到眼压的变化，比戴在手腕上的电子血压计还要方便好用。

还是那句老话，自然界一直走在我们的前面。无论是普通常见的玻璃反光问题，还是专业的测量眼压难题，在一只蝴蝶的透明翅膀上，早就写好了问题的答案。

好了，玻璃蝴蝶的秘密先聊到这儿。美丽的蝴蝶千千万，这期讲了一只不会闪光的蝴蝶，下一集，我们来讲一只会闪光的蝴蝶。

关注法兰西is培根，为你讲解自然界的秘密，下期见。

参考资料：

1、The role of random nanostructures for the omnidirectional anti-reflection properties of the glasswing butterfly，Nature communications