近期，成都大学高等研究院先进材料研究院团队的特聘研究员魏竟江博士以第一作者，王清远教授、四川大学王延青特聘研究员、武汉理工大学傅正义院士为共同通讯作者，成都大学为第一单位，在Science全球第一本合作综合性顶级期刊《Research》（中科院一区TOP）发表题为“Bioinspired Additive Manufacturing of Hierarchical Materials: From Biostructures to Functions” 的综述论文。

生物系统为应对环境的挑战，自然进化出了兼具优异机械性能和特殊功能的天然结构材料，如牙釉质、珍珠层、骨骼等。这些生物材料通常是由无机前驱体和有机基质自组装而成，它们的主要特征是由基本的纳微结构单元有序排列而成的多尺度分级结构，这样的结构排列除了实现机械性能的提升外，还在每一层级上也表现出性能的优化，如自修复、结构色等功能，这是目前人工合成的传统材料无法实现的。受生物体优化纳微结构的启发，仿生结构复合材料是能够实现高性能、多功能性和环境友好性的材料。因此，对于生物材料的多尺度结构与其功能的相互关系的学习具有重要的科学价值。得益于先进制造技术的飞速发展，增材制造技术具有主动构建多尺度有序结构的能力，这类似于生物体优化其纳微结构有序排列的过程。因此，充分结合仿生设计的理念和多尺度的增材制造技术，为开发和制备具有与自然材料性能相媲美的仿生多尺度结构功能新材料提供了可能性。

基于此，本文综述了天然生物材料的研究现状，重点介绍了从纳米尺度到宏观尺度天然生物材料的化学和结构组成及其特性的关键机制。此外，本文还介绍了通过增材制造在纳米、微观、微宏观和宏观等不同尺度上生产的仿生多功能材料的设计、制备和应用。该综述强调了生物增材制造在开发新功能材料方面的潜力，以及对该领域未来方向和前景的见解。本文通过对天然生物材料及其合成材料的特点进行综述，为开发具有广泛应用前景的新型生物材料提供参考。该研究得到国家自然科学基金、成都大学引进人才科研启动基金的资助。

图1典型生物材料的微观结构特征以及相应仿生结构材料的多尺度增材制造技术提出

图2增材制造仿生材料的多功能应用

图3 天然柱状结构材料的多尺度结构

图4 多尺度增材制造技术的应用

图5 仿生增材制造功能复合材料的未来方向

论文链接：

https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0164