Gedurende honderden miljoenen jaren van evolutie, de natuur heeft een groot aantal biologische materialen voortgebracht die als skeletten of als defensieve of offensieve wapens dienen. Hoewel deze natuurlijke structurele materialen zijn afgeleid van relatief steriele natuurlijke componenten, zoals kwetsbare mineralen en ductiele biopolymeren, ze vertonen vaak buitengewone mechanische eigenschappen vanwege hun sterk geordende hiërarchische structuren en verfijnd grensvlakontwerp. Daarom, ze zijn altijd een onderzoeksonderwerp voor wetenschappers die geavanceerde kunstmatige structurele materialen willen maken.

Door microstructurele observatie, onderzoekers hebben vastgesteld dat veel biologische materialen, inclusief vissenschubben, krabklauwen en been, ze hebben allemaal een karakteristieke "twisted multiplex"-structuur die bestaat uit een zeer geordende opstelling van vezellamellen op micro-/nanoschaal. Het zijn structureel geavanceerde, met natuurlijke vezels versterkte composieten en vertonen vaak een uitstekende schadetolerantie die wenselijk is voor constructieve constructiematerialen, maar moeilijk te verkrijgen. Daarom, onderzoekers proberen dit soort natuurlijke hiërarchische structuur en grensvlakontwerp na te bootsen door kunstmatige synthetische en overvloedige eendimensionale micro-/nanoschaalvezels als bouwstenen te gebruiken. Op deze manier, ze hopen hoogwaardige kunstmatige structurele materialen te produceren die superieur zijn aan bestaande materialen. Echter, door het ontbreken van assemblagetechnologie op micro/nanoschaal, vooral het gebrek aan middelen om eendimensionale structurele eenheden op micro/nanoschaal efficiënt te integreren in macroscopische bulkvorm, het nabootsen van natuurlijke vezelversterkte composieten is altijd een grote uitdaging geweest.

Onlangs, geïnspireerd door de micro/nanoschaal gedraaide multiplex structuur van het natuurlijke Arapaima giga schaalpantser (a-d), het biomimetische onderzoeksteam onder leiding van professor Shu-Hong Yu van de University of Science and Technology of China (USTC) stelde een hoog rendement voor, bottom-up 'brushing-and-laminating' assemblagestrategie (e-f) met de biocompatibele micro/nanovezels als structurele eenheden, en met succes gefabriceerde driedimensionale bulk biomimetische gedraaide multiplex structurele materialen (g). Door hiërarchisch de vezeluitlijning in de biopolymeermatrix te controleren, de mechanische eigenschappen van de resulterende materialen kunnen nauwkeurig worden gemoduleerd. Ze ontdekten dat de verkregen kunstmatige materialen de meerschalige structurele en taaiheidsmechanismen van hun natuurlijke tegenhangers nauw repliceren, het realiseren van uitstekende mechanische eigenschappen die veel verder gaan dan de fundamentele structurele componenten; ze zijn vergelijkbaar met die van natuurlijk bot en vele andere natuurlijke en kunstmatige materialen. Belangrijker, de voorgestelde montagestrategie is milieuvriendelijk, geprogrammeerd en schaalbaar, en kan eenvoudig worden uitgebreid naar andere materiaalsystemen. Daarom, het biedt een nieuwe technologische ruimte voor het ontwerpen van meer geavanceerde biomimetische vezelversterkte structurele materialen (vooral pantserbeschermingsmaterialen).