2月26日凌晨，《自然》发表了一项突破性的研究成果。我国科学家首次揭示了天然梯度多孔结构增强机电感知功能的新机制，这一发现打破了无机材料/结构与有机生命感知功能之间的传统认知界限。

《自然》审稿人对该研究给予了高度评价，称赞其“极有趣的”“研究工作出色”“论证充分且令人振奋”“新颖且论证严谨”。

《自然》发表截图。研究团队供图

记者获悉，该研究始于2023年，历时近3年，由香港城市大学教授吕坚团队联合香港理工大学教授王钻开团队、华中科技大学教授闫春泽/苏彬团队共同完成。该成果不仅深化了对天然多孔结构（如骨骼、木材等）的认知，更为生物医疗、能源储存等领域的仿生功能器件研发提供了开创性的原理与技术路径。

论文第一作者、香港城市大学博士陈安南介绍，研究源于一个看似简单的问题：天然骨骼（主要成分为羟基磷灰石陶瓷）在常温下（约37℃）即可矿化结晶，此过程中电学对结晶有何影响？由于缺乏天然人体骨骼样本，研究团队将研究目标转向了可大量获取的海胆棘刺——一种天然矿化形成的碳酸钙陶瓷材料。

在电学测试过程中，研究团队意外发现海胆棘刺对液体具有感知行为，并通过电学测试设备测得了滴液过程中的感知电位。这一发现出乎团队意料：一个由碳酸钙构成、没有神经细胞的海胆外骨骼，竟能对外界液体刺激产生电信号响应。

经过大量文献调研，研究团队决定转变研究方向，系统探究海胆棘刺这一机电感知现象背后的机理。研究发现，海胆矿化形成的无神经细胞碳酸钙陶瓷棘刺，具有超越其视觉1至3个数量级的机电感知能力。这一独特功能源于其沿棘轴方向呈现的梯度双连续多孔结构：当液体流过梯度孔隙时，不同孔径区域产生表面电荷密度差，从而形成可检测的电信号。

为验证这一机制，研究团队通过仿生结构设计与3D打印技术，成功制备了具有梯度多孔结构的人工陶瓷样品。实验结果显示，这些仿生结构完美复现了天然海胆棘刺的机电感知功能。该功能展现出较高的材料普适性和结构依赖性：在多种人造陶瓷与高分子梯度结构中均验证了机电感知功能的存在；与无梯度结构相比，梯度多孔结构陶瓷样品的电压输出提升3倍，振幅增加8倍。

论文共同通讯作者吕坚教授指出，传统观点认为，自然界中广泛存在的多孔结构主要是为了提高机械性能而产生的适应性结构，这为设计高强度工程结构提供了灵感。然而，探索其传统认知的机械功能之外的未知机制，对于全面理解并利用这些天然多孔结构具有重要意义，也是一大挑战。

“我们的研究工作解决了上述挑战，研究成果在生物医疗、能源储存、航空航天等关键领域具有广阔的应用前景。”吕坚教授表示，下一步，团队计划构建梯度多孔结构与机电感知功能之间的构效理论，以指导下一代高端装备功能器件的研发与高性能应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10164-9