中學(xué)納米科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室《大自然界中的納米科學(xué)技術(shù)》教學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)劃學(xué)時(shí)：2設(shè)計(jì)人：程寧寧一、教案設(shè)計(jì)思路在“20XX年人教版全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）物理第二冊(cè)第九章（分子動(dòng)理論能量守恒）第一部分（物質(zhì)是由大量分子組成的）第26頁(yè)閱讀材料”中提到納米科學(xué)技術(shù)，指出納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，并舉例了納米技術(shù)在電子技術(shù)、通信技術(shù)、電子器件、醫(yī)療以及生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破。納米科學(xué)技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的前沿，在世界范圍內(nèi)倍受重視，我國(guó)科學(xué)家在納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的成績(jī)也已具有世界先進(jìn)水平。納米科學(xué)技術(shù)如此先進(jìn)，是不是對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)太高深莫測(cè)了，無(wú)法理解呢？當(dāng)然不是。其實(shí)在大自然界中到處都是納米現(xiàn)象，只是我們不知道而已，下面就讓我們一起來(lái)了解自然界中的納米現(xiàn)象并用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證吧。二、教學(xué)目標(biāo)1、通過(guò)了解自然界中常見(jiàn)的納米現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生了解和學(xué)習(xí)納米科學(xué)技術(shù)的興趣；2、探究蟬翼疏水的本質(zhì)原因，利用原子力顯微鏡解析其納米結(jié)構(gòu)特征；3、拓展思維，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和尋找大自然界中的納米現(xiàn)象，借助實(shí)驗(yàn)儀器解惑，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和思考問(wèn)題的習(xí)慣，并探索解決問(wèn)題的方法，形成科學(xué)素養(yǎng)。三、教學(xué)重點(diǎn)1、指導(dǎo)學(xué)生查閱資料的方法及途徑，了解自然界中常見(jiàn)的納米現(xiàn)象；2、了解蟬翼的納米結(jié)構(gòu)，探究其疏水原因，注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。四、教學(xué)難點(diǎn)1、學(xué)生親自制作蟬翼樣品，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力；2、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解釋蟬翼疏水的本質(zhì)原因。五、教學(xué)準(zhǔn)備1、通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、雜志、書(shū)籍等形式查閱納米科學(xué)技術(shù)相關(guān)資料；2、預(yù)習(xí)教學(xué)型原子力顯微鏡儀器操作手冊(cè)；3、每組學(xué)生操作一套教學(xué)型原子力顯微鏡，提前做好學(xué)生分組；4、小組分配：4-5人為一組。六、儀器和藥品3600B型教學(xué)型原子力顯微鏡（簡(jiǎn)稱3600B型AFM）1套，計(jì)算機(jī)1臺(tái)，蟬1只，剪刀1個(gè)。以上儀器和藥品每組學(xué)生各1套。七、教學(xué)策略以生活中常見(jiàn)的動(dòng)物蟬為例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)納米科學(xué)技術(shù)的興趣，以探究實(shí)驗(yàn)形式分析蟬翼疏水的原因，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小組成員互相討論得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，使學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的趣味性和生活化，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問(wèn)題的能力。八、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)意圖教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)

了解納米科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用；以自然界中常見(jiàn)的生物為實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)納米科學(xué)技術(shù)的興趣；學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)疑問(wèn)，產(chǎn)生強(qiáng)烈地探究欲望。

一、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，引導(dǎo)學(xué)生建立新思路（第1課時(shí)）（一）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景（1）指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本中有關(guān)納米科學(xué)技術(shù)的知識(shí)內(nèi)容；（2）介紹納米科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)和科研領(lǐng)域的應(yīng)用；（3）引導(dǎo)學(xué)生了解日常生活中常見(jiàn)的納米現(xiàn)象和應(yīng)用；（4）提問(wèn)學(xué)生課前通過(guò)多種形式搜集到的自然界中常見(jiàn)的納米現(xiàn)象。（二）建立新思路，提出新的研究任務(wù)。（1）為什么自然界中的生物會(huì)有神奇的納米現(xiàn)象，并呈現(xiàn)特殊的功能？（2）以蟬為例，演示疏水實(shí)驗(yàn)。滴一滴水在蟬翼上，輕輕一甩，水就掉了，而且蟬翼不是濕潤(rùn)的，為什么呢？（3）探究蟬翼疏水的原因是否也跟納米結(jié)構(gòu)有關(guān)呢？

閱讀課本中有關(guān)納米科學(xué)技術(shù)的知識(shí)內(nèi)容；聽(tīng)取老師介紹納米科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)和科研領(lǐng)域的應(yīng)用，以及日常生活常見(jiàn)的納米現(xiàn)象和應(yīng)用；回答老師課前搜集的自然界中常見(jiàn)的納米現(xiàn)象；動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：滴一滴水在蟬翼上，輕輕一甩，水就掉了，而且蟬翼不是濕潤(rùn)的，證實(shí)其疏水性能；思考和討論蟬翼疏水（或不親水）的原因。

（1）了解分析物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的顯微工具；（2）了解光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的特點(diǎn)及區(qū)別；（3）了解先進(jìn)的可檢測(cè)微納米結(jié)構(gòu)的教學(xué)儀器設(shè)備---原子力顯微鏡，開(kāi)闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神。

二、組織學(xué)生思考和交流（第1課時(shí)）觀察納米結(jié)構(gòu)，需要借助什么樣的儀器呢？（1）講解探究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的工具---顯微鏡，分別介紹光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡；（2）結(jié)合以上四種顯微鏡的特點(diǎn)，提出問(wèn)題：哪種顯微鏡適合探究蟬翼的納米結(jié)構(gòu)？（3）由于學(xué)生課前預(yù)習(xí)了教學(xué)型原子力顯微鏡的知識(shí)，提出問(wèn)題：教學(xué)型原子力顯微鏡對(duì)測(cè)試樣品有什么要求？（4）提問(wèn)：原子力顯微鏡的工作原理是什么？

聽(tīng)取老師講解光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡各自的特點(diǎn)；思考、討論與交流老師提出的問(wèn)題---哪種顯微鏡適合探究蟬翼的納米結(jié)構(gòu)？結(jié)合老師講解的四種顯微鏡的特點(diǎn)，總結(jié)出原子力顯微鏡適合測(cè)試生物樣品的微觀納米結(jié)構(gòu)；小組討論回答老師教學(xué)型原子力顯微鏡對(duì)測(cè)試樣品要求的問(wèn)題，得出結(jié)論：測(cè)試樣品要求直徑≤30mm,厚度≤15mm；原子力顯微鏡的工作原理是由于探針針尖與樣品表面原子間存在作用力，掃描時(shí)控制這種力的恒定，微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。利用光學(xué)檢測(cè)法測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。（詳見(jiàn)《3600B型原子力顯微鏡使用手冊(cè)》）

培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性；每位學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)中，調(diào)動(dòng)課題氣氛；（3）學(xué)會(huì)制作原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)樣本。三、組織學(xué)生制作實(shí)驗(yàn)樣本（第2課時(shí)）（一）演示如何制作實(shí)驗(yàn)樣本（1）剪取蟬翼一部分（小手指甲大小）作為測(cè)試樣本，直徑≤20mm；（2）用鑷子將測(cè)試樣本夾到粘有雙面膠的基片上，輕輕的壓平（注意不要損壞翅膀），樣品就做好了。（二）巡視指導(dǎo)，指出學(xué)生操作不規(guī)范的地方（1）參考老師樣本制作過(guò)程，每位學(xué)生制作1個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本；（2）小組內(nèi)選取1個(gè)最佳樣本進(jìn)行原子力顯微鏡測(cè)試。

（1）學(xué)會(huì)操作原子力顯微鏡；（2）借助原子力顯微鏡檢測(cè)蟬翼納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)，解析蟬翼疏水的本質(zhì)現(xiàn)象；（3）培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象抽象出現(xiàn)象本質(zhì)的能力。四、組織學(xué)生利用教學(xué)型原子力顯微鏡進(jìn)行蟬翼納米微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)探究（第2課時(shí)）（一）演示實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程實(shí)驗(yàn)前，保證每臺(tái)3600B型AFM的探針均是正常的，并在每張實(shí)驗(yàn)桌上放置1份簡(jiǎn)易學(xué)生版3600B型AFM儀器操作手冊(cè)。（1）打開(kāi)3600B型AFM開(kāi)關(guān)；（2）將樣品放在3600B型原子力顯微鏡測(cè)試臺(tái)上；（3）通過(guò)電腦打開(kāi)輕敲式測(cè)試軟件，依次進(jìn)行電子學(xué)校正，光斑檢測(cè)，手動(dòng)驅(qū)進(jìn)針尖和樣品（將探針調(diào)試到翅膀的透明區(qū)域），搜索共振峰，針尖樣品自動(dòng)驅(qū)進(jìn)；（4）樣品掃描：先10um大范圍掃描，發(fā)現(xiàn)有平整均勻的小顆粒區(qū)域后，再選其小范圍掃描（4000nm左右），就可以得到蟬翼表面的納米柱狀排列結(jié)構(gòu)圖。（二）巡視指導(dǎo)，指出學(xué)生操作不規(guī)范的地方（1）觀察老師實(shí)驗(yàn)演示過(guò)程；（2）依據(jù)3600B型AFM操作手冊(cè)和老師實(shí)驗(yàn)演示，每個(gè)小組測(cè)試1個(gè)蟬翼標(biāo)本納米結(jié)構(gòu)圖；（3）小組成員配合完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程，互相監(jiān)督，避免實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)失誤；（4）小組測(cè)試結(jié)果與老師實(shí)驗(yàn)結(jié)果做比較，若不同，分析并總結(jié)原因。

（1）培養(yǎng)學(xué)生處理和分析數(shù)據(jù)的能力；（2）通過(guò)二維與三維圖的轉(zhuǎn)換，鍛煉學(xué)生的空間思維能力；（3）培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)使用高科技儀器測(cè)試軟件的能力。五、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析（第2課時(shí)）（1）引導(dǎo)學(xué)生分析測(cè)試圖像，提問(wèn)：蟬翼表面平均每個(gè)納米柱直徑是多少？納米柱的間距是多少？（2）指導(dǎo)學(xué)生利用離線處理軟件將二維平面圖轉(zhuǎn)換為三維形貌圖；（3）指導(dǎo)學(xué)生如何利用將二維和三維形貌圖轉(zhuǎn)換為圖片格式，便于日后寫(xiě)實(shí)驗(yàn)論文和發(fā)表文章。

（1）通過(guò)測(cè)試圖像以及顯示數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)小組討論統(tǒng)計(jì)出蟬翼表面平均每個(gè)納米柱直徑約150nm，納米柱的間距約為100nm；（2）將二維形貌圖轉(zhuǎn)換為三維形貌圖；（3）每位學(xué)生保存一份實(shí)驗(yàn)測(cè)試二維和三維圖。

（1）依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)蟬翼疏水的本質(zhì)原因；（2）拓展思維，引導(dǎo)學(xué)生思考自然界中其它常見(jiàn)的疏水生物，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究興趣；（3）引導(dǎo)性問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，行成良好的科學(xué)素養(yǎng)。

六、思考與交流（第2課時(shí)）（1）提問(wèn)：蟬翼的納米柱狀結(jié)構(gòu)與它的疏水性質(zhì)有關(guān)系嗎？（2）結(jié)合同學(xué)們課前查閱的資料，思考：蟬翼表面這些排列緊密的納米柱狀結(jié)構(gòu)為什么會(huì)導(dǎo)致其具有疏水功能呢？（3）提問(wèn)：除了蟬，同學(xué)們還能想到其他具有疏水功能的生物嗎？（4）提問(wèn)：同學(xué)們想到的這些疏水生物之所以能疏水的原因是否跟蟬翼的納米結(jié)構(gòu)類似呢？同學(xué)們用什么方法可以去驗(yàn)證呢？

（1）小組討論，回答蟬翼的納米柱狀結(jié)構(gòu)與疏水性質(zhì)有關(guān)系；（2）小組分析后得出的結(jié)論：蟬翼表面由規(guī)則排列的納米柱狀結(jié)構(gòu)組成，納米柱的直徑約150nm，納米柱的間距大概在100nm，而水由于表面張力會(huì)聚集形成球狀，這樣水的尺寸就遠(yuǎn)大于蟬翼的空隙100nm,導(dǎo)致水無(wú)法滲進(jìn)蟬翼內(nèi)部，因此具有疏水性能。（3）小組交流后，討論得到像蜻蜓翅膀、蝴蝶翅膀、蚊子的腳、荷葉等都具有疏水的特點(diǎn)；（4）小組交流后解釋，疏水原因可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)和書(shū)籍等形式查資料說(shuō)明，學(xué)生自己也可以參考本次實(shí)驗(yàn)課程，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)原子力顯微鏡探究并驗(yàn)證疏水本質(zhì)。（1）鍛煉學(xué)生寫(xiě)科學(xué)小論文的能力；（2）開(kāi)設(shè)自主性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

七、課后作業(yè)（1）每位學(xué)生提交一份科學(xué)小論文；（2）對(duì)納米科學(xué)技術(shù)和具有疏水特性生物感興趣的同學(xué)，可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師提供實(shí)驗(yàn)器材指導(dǎo)學(xué)生完成科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)。

（1）認(rèn)真完成并提交一份科學(xué)小論文；（2）對(duì)納米科學(xué)技術(shù)和具有疏水特性生物感興趣的同學(xué)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在教師指下進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)。閱讀材料自然界中的“納米高手”納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，指的是一米的十億分之一。納米技術(shù)，則是在納米尺度(1到1000納米之間)上研究物質(zhì)的特性和相互作用，以及利用這些特性的技術(shù)。在納米技術(shù)中，納米材料是其主要的研究對(duì)象與基礎(chǔ)。事實(shí)上，納米技術(shù)并不神秘，也并不是人類的專利。早在宇宙誕生之初，納米材料和納米技術(shù)就已經(jīng)存在了，比如，那些溶洞中的石筍就是一納米一納米的生長(zhǎng)起來(lái)的，所以才千奇百怪；貝殼和牙齒也是一納米一納米的生長(zhǎng)的，所以才那樣堅(jiān)硬；植物和頭發(fā)是一納米一納米生長(zhǎng)的，所以才那樣柔韌；荷葉上有用納米技術(shù)生長(zhǎng)出來(lái)的絨毛，所以才能不沾水，就連你們?nèi)祟惖纳眢w，也是一納米一納米生長(zhǎng)起來(lái)的，所以才那樣復(fù)雜！在地球的漫長(zhǎng)演化過(guò)程中，自然界的生物，從亭亭玉立的荷花、丑陋的蜘蛛，到詭異的海星，從飛舞的蜜蜂、水面的水黽，到海中的貝殼，從絢麗的蝴蝶、巴掌大的壁虎，到顯微鏡才能看得到細(xì)菌…應(yīng)該說(shuō)，它們個(gè)個(gè)都是身懷多項(xiàng)納米技術(shù)的高手。它們通過(guò)精湛的納米技藝，或賴以糊口，或賴以御敵，一代一代，在大自然中地頑強(qiáng)存活著，不僅給人們留下了深刻的印象，而且給現(xiàn)代的納米科技工作者帶來(lái)了無(wú)數(shù)靈感和啟示。潔身自好的蓮花一提到蓮花，人們就會(huì)很自然地聯(lián)想到荷葉上滾動(dòng)的露珠，即所謂的蓮花效應(yīng)。那么，什么原因?qū)е铝诉@種蓮花效應(yīng)呢？蓮花效應(yīng)又能給蓮花本身帶來(lái)什么好處？現(xiàn)代電子顯微鏡技術(shù)可以幫助我們給出正確的答案。通過(guò)電子顯微鏡，可以觀察到蓮葉表面覆蓋著無(wú)數(shù)尺寸約10個(gè)微米突包，而每個(gè)突包的表面又布滿了直徑僅為幾百納米的更細(xì)的絨毛。這是自然界中生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，正是這種特殊的納米結(jié)構(gòu)，使得荷葉表面不沾水滴。借助蓮花效應(yīng)，蓮花可保持葉子清潔。當(dāng)荷葉上有水珠時(shí)，風(fēng)吹動(dòng)水珠在葉面上滾動(dòng)，水珠可以粘起葉面上的灰塵，并從上面高速滑落，從而使得蓮葉能夠更好地進(jìn)行光合作用。飛檐走壁的壁虎壁虎可以在任何墻面上爬行，反貼在天花板上，甚至用一只腳在天花板上倒掛。它依靠的就是納米技術(shù)。壁虎腳上覆蓋著十分纖細(xì)的茸毛，可以使壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。盡管這些絨毛很纖弱，但足以使所謂的范德華鍵發(fā)揮作用，為壁虎提供數(shù)百萬(wàn)個(gè)的附著點(diǎn)，從而支撐其體重。這種附著力可通過(guò)“剝落”輕易打破，就像撕開(kāi)膠帶一樣，因此壁虎能夠穿過(guò)天花板。貝類--嫻熟的粘合高手普通的貝類就是與蔬菜一起烹飪、在飯店每天都可以吃到的那種，堪稱納米粘合技術(shù)的高手。當(dāng)它想把自己貼在一塊巖石上時(shí)，就會(huì)打開(kāi)貝殼，把觸角貼到巖石上，它將觸角拱成一個(gè)吸盤(pán)，然后通過(guò)細(xì)管向低壓區(qū)注射無(wú)數(shù)條黏液和膠束，釋放出強(qiáng)力水下膠粘劑。這些黏液和膠束瞬間形成泡沫，起到小墊子的作用。貝類通過(guò)彈性足絲停泊在這個(gè)減震器上，這樣，它們就可以隨波起伏，而不至于受傷。這種牢固的膠粘效果就來(lái)自黏液和巖石納米尺度下分子之間的相互作用。

眼觀六路的蛇尾海星蛇尾海星是一種碟形的帶甲殼的海底生物。它有五個(gè)觸角，沒(méi)有眼睛，盡管如此，它卻能夠敏感地感知遠(yuǎn)處潛在的天敵，并及時(shí)將觸角縮進(jìn)殼里。蛇尾海星的這種靈敏的感覺(jué)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直令生物學(xué)家迷惑不解。近來(lái)，這個(gè)問(wèn)題終于在其甲殼上找到了答案：蛇尾海星身上面長(zhǎng)滿了“眼”，即數(shù)以萬(wàn)計(jì)的完美的微型透鏡，這樣，整個(gè)毛茸茸的身體就構(gòu)成了海星眼觀六路的眼睛。研究還表明，一只蛇尾海星身上的這種透鏡數(shù)目大約有5萬(wàn)到10萬(wàn)，它們都是由納米晶體的碳酸鈣組成；這種完美的光敏感微型透鏡系統(tǒng)，是海星生長(zhǎng)過(guò)程中，身體表面納米結(jié)晶化的結(jié)果；為了防止不必要的色邊，結(jié)晶化過(guò)程中，透鏡內(nèi)還吸收了適量的鎂，這既可以幫助海星更有效地過(guò)濾光線，又可以校正透鏡的“球面像差”，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)天敵的效率。

細(xì)菌---世界上“跑”得最快的生物細(xì)菌的個(gè)頭雖小，但它們的運(yùn)動(dòng)速度卻相當(dāng)驚人，許多細(xì)菌每秒鐘前行數(shù)十微米，一種被稱作逗點(diǎn)弧菌的，它每秒鐘可向前游動(dòng)100微米，不能小看這個(gè)數(shù)字，它相當(dāng)于細(xì)菌自身體長(zhǎng)的50倍，而一個(gè)人類運(yùn)動(dòng)員每秒鐘只能向前跑5.4倍體長(zhǎng)的距離，即使獵豹這個(gè)數(shù)字也只能達(dá)到25倍，從這個(gè)意義上講，細(xì)菌應(yīng)當(dāng)是世界上“跑”得最快的生物。細(xì)菌世界的成員眾多，其運(yùn)動(dòng)方式和機(jī)制上也存在差異，但大部分能夠運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌都是依靠自身的運(yùn)動(dòng)器官—鞭毛的作用。鞭毛是一種長(zhǎng)的蛋白絲狀物，它附著于細(xì)菌的外表，一般長(zhǎng)15-20微米，直徑20納米左右。細(xì)菌鞭毛的功能相當(dāng)于船的螺漿，在水中可以高速旋轉(zhuǎn)從而推動(dòng)菌體前行，因此水環(huán)境是鞭毛細(xì)菌自由馳騁的天地。

鞭毛的旋轉(zhuǎn)速度非常快，每秒鐘旋轉(zhuǎn)兩百到一千多轉(zhuǎn)，比一般的電動(dòng)機(jī)要快得多，鞭毛的高速旋轉(zhuǎn)是由其附著于菌體上的基體旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的，基體實(shí)際上就是鞭毛的基部，它由一個(gè)中軸套上兩個(gè)或四個(gè)環(huán)構(gòu)成，鑲嵌固定在細(xì)菌的體表（細(xì)胞膜和細(xì)胞壁）中。在科學(xué)家的眼中，基體簡(jiǎn)直就是一臺(tái)精巧的納米分子馬達(dá)，但這個(gè)馬達(dá)并不是靠電流驅(qū)動(dòng)，而是用伴隨著細(xì)胞膜兩側(cè)質(zhì)子梯度的消失產(chǎn)生的生物能量ATP來(lái)驅(qū)動(dòng)。細(xì)菌的鞭毛馬達(dá)還可以轉(zhuǎn)向（從反時(shí)針旋轉(zhuǎn)變?yōu)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)）從而使菌體發(fā)生翻滾，進(jìn)而改變細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)方向，事實(shí)上細(xì)菌在游動(dòng)時(shí)也并不是單純地一直朝前游，而是伴隨著不時(shí)的隨機(jī)翻滾轉(zhuǎn)向，但從表觀上看仍表現(xiàn)為細(xì)菌的前行。

水面上自由行走的水黽小型水生昆蟲(chóng)水黽被喻為“池塘中的溜冰者”，因?yàn)樗粌H能在水面上滑行，而且還會(huì)像溜冰運(yùn)動(dòng)員一樣能在水面上優(yōu)雅地跳躍和玩耍。它的高明之處是，既不會(huì)劃破水面，也不會(huì)浸濕自己的腿。水黽是如何練就如此水上絕技？

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所研究員江雷在國(guó)《自然》雜志上發(fā)表論文，揭開(kāi)了水黽“水上輕功”的奧秘，并認(rèn)為水黽腿部特殊的微納米結(jié)構(gòu)才是真正原因。

水黽屬于水生半翅目類昆蟲(chóng)，水黽的種類不同，大小也不一樣，一只中等大小的水黽重約30毫克，水黽的腿能排開(kāi)300倍于其身體體積的水量，這就是這種昆蟲(chóng)非凡浮力的原因。

江雷領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，水黽腿部上有數(shù)千根按同一方向排列的多層微米尺寸的剛毛。這些像針一樣的微米剛毛的表面上形成螺旋狀納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)槽，吸附在構(gòu)槽中的氣泡形成氣墊，這些氣墊阻礙了水滴的浸潤(rùn)，宏觀上表現(xiàn)出水黽腿的超疏水特性（超強(qiáng)的不沾水的特性）。正是這種超強(qiáng)的負(fù)載能力使得水黽在水面上行動(dòng)自如，即使在狂風(fēng)暴雨和急速流動(dòng)的水流中也不會(huì)沉沒(méi)。

利用“羅盤(pán)”定位的蜜蜂研究表明，包括蜜蜂、海龜?shù)仍趦?nèi)的許多生物體內(nèi)都存在著納米尺寸的磁性顆粒。這些磁性納米顆粒對(duì)于生物的定位與運(yùn)動(dòng)行為具有重要意義。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂的腹部存在著磁性納米粒子，這種磁性的納米粒子具有類似指南針的功能，蜜蜂利用這種“羅盤(pán)”來(lái)確定其周圍環(huán)境，利用在磁性納米粒子中存儲(chǔ)的圖像來(lái)判明方向。當(dāng)蜜蜂采蜜歸來(lái)時(shí)，實(shí)際上就是把自己原來(lái)存儲(chǔ)的圖像和所見(jiàn)到的圖像進(jìn)行對(duì)比，直到兩個(gè)圖像達(dá)到一致，由此來(lái)判斷自己的蜂巢。利用這種納米磁性顆粒進(jìn)行導(dǎo)航，蜜蜂可以完成數(shù)公里的旅程。

五彩斑斕的蝴蝶蝴蝶因?yàn)槠涑岚蛏献兓喽恕⒔k爛美好的花紋而使人著迷。這也讓生物