Biomimetic nanomaterials tai biomimetics ( englanniksi biomimetic nanomaterials tai biomimetics, bioinspired materials ) ovat keinotekoisia nanomateriaaleja , jotka matkivat biomateriaalien ominaisuuksia tai on luotu villieläimissä toteutettujen periaatteiden pohjalta.
Vetous biologisiin esimerkkeihin, jotka inspiroivat insinöörejä luomaan uusia materiaaleja ja teknologioita, perustuu olettamukseen, että miljardeja vuosia jatkuneen evoluution aikana luonto on luonut optimaalisia eläviä rakenteita, jotka ovat tehokkuudeltaan ja kestävyydeltään parempia kuin ihmisen tekemät rakenteet. Siten " lootusilmiön " eli lootuksenlehtien ominaisuuksien, jotka eivät ole sadeveden kastelevia ja hylkivät likaa niiden mikro-/nanorakenteisen pinnan vuoksi, tutkimus johti vettä hylkivien maalien ja kankaiden luomiseen. Polymeeriset nanokuidut , joiden lujuus on verrattavissa teräkseen, luotiin biologisen esimerkin - rainan - perusteella , jonka langat kestävät kolme kertaa saman halkaisijan olevan teräslangan jännityksen. Hedelmätakiainen olivat prototyyppi synteettisen tarrakiinnitysmateriaalin luomiseen, jota käytetään laajalti käytetyissä tarranauhakiinnikkeissä .
Monilla biomolekyylillä on ominaisuus kokoontua itsestään säännöllisiksi rakenteiksi, esimerkiksi supistuva proteiini aktiini polymeroituu 7 nm paksuiksi filamenteiksi ja tubuliiniproteiini polymeroituu mikrotubuleiksi , joiden halkaisija on 25 nm. Itsekokoamisperiaatteen ja itse biorakenteiden käyttö matriiseina mahdollistaa nanolankojen ja nanoputkien muodostamisen kerrostamalla metallimonokerroksia biopolymeereille . DNA -molekyylien kokoamisen taustalla olevaa komplementaarisuuden periaatetta käytetään uusien nanomateriaalien DNA-suunnittelussa.
Biologisten molekyylien rakenteen ja toimintojen tuntemus mahdollistaa hybridimolekyylejä, mukaan lukien peptidejä , lipidejä , orgaanisia polymeerejä, syntetisoinnin sekä biomimeettisten nanokuitujen, bioepäorgaanisten komposiittien ja nanohuokoisten pinnoitteiden luomisen kudosteknologiaa varten . Viime aikoina nanohiukkasten biomimeettisen tuotannon tekniikoita on kehitetty aktiivisesti . Esimerkiksi ferritiiniproteiini , joka toimii raudan kantajana ja varastoijana kehossa, muodostaa nanoonteloita, joiden sisätilan halkaisija on 8 nm. Niiden avulla on mahdollista saada rautaoksidin ja koboltin magneettisia nanohiukkasia, joiden koko on noin 6 nm. Muissa lähestymistavoissa käytetään tietyn kokoisten nanopartikkelien "kasvatusta" bakteereissa tai kasvien biomassassa (kaura, vehnä, sinimailas). Näihin biologisiin esineisiin lisätään metallisuoloja, jotka pelkistyvät biokatalyysin aikana metalleiksi ja muodostavat nanopartikkeleita. Selostetaan menetelmiä metallinanohiukkasten saamiseksi elävissä kasveissa, joiden kasteluun lisätään metallisuoloja. Nanohiukkasia muodostuu varsiin ja muihin kasvin osiin ja ne voidaan eristää sieltä uuttamalla. Muodostuneiden nanopartikkelien koon määräävät pelkistysreaktioihin osallistuvat proteiinit. Useissa tapauksissa katalyysistä vastuussa olevat peptidisekvenssit on saatu selville , mikä mahdollistaa niiden käytön pyöreinä peptideinä nanopartikkelien muodostamiseen in vitro . Nanohiukkasia voidaan muodostaa myös viruskuorten -kapsidien avulla . Viruskapsidin proteiinit kootaan geometrisesti säännöllisiksi tilarakenteiksi, joiden sisällä on onkalo, johon viruksen genomi pakataan. Kalibroituja metallinanohiukkasia ja korkeasti järjestettyjä nanokomposiitteja voidaan koota sekä kapsidin sisään että sen pinnalle. Nanohiukkasten biomimeettisellä synteesillä on useita etuja: se tapahtuu miedommissa olosuhteissa kuin nanopartikkelien valmistus fysikaalis-kemiallisin menetelmin. Nanohiukkasten teollisen tuotannon mittakaavassa tämä vähentää kielteisiä ympäristövaikutuksia.