仿生结构及其功能材料研究进展

种类繁多的生物界经过45亿年长期的进化其结构与功能已达到近乎完美的程度, 实现了结构与功能的统一, 局部与整体的协调和统一. 仿生设计原理为创造新型结构及功能材料提供了新的方法和途径, 向自然学习是新材料发展的重要源泉. 近年来, 仿生结构及其功能材料受到越来越多的关注, 本文结合作者课题组的相关工作, 就光子晶体材料、仿生空心结构材料、仿生离子通道、仿蜘蛛丝超韧纤维、仿生特殊浸润性表面、仿生高强超韧层状复合材料、仿生高黏附材料及其他仿生材料的研究现状进行简要的综述, 并概要展望了其发展趋势.     

大有可为的仿生材料学

美国戴顿研究所正在研究甲壳虫是如何将糖及蛋白质转化成为质轻然而强度很高的坚硬的外壳;华盛顿大学的研究人员正在试图揭示蜘蛛吐出的水溶蛋白质是如何变成不可溶的丝,而丝的强度竟比防弹背心材料还要坚韧;普林斯顿大学的科学家们正在探索鲍鱼(古称石决明)是如何将海水中的白垩(碳化钙)结晶,并将其转化成强度两倍于高级陶瓷的贝壳。此外,自然界中还有许许多多具有神奇功能的普通物质,例如锋利的鼠牙竟可以咬透金属罐头盒;胡桃木及椰子壳     

从形似到神似--新一代的仿生材料

莲花为何出污泥而不染?海豚等身上为何不附着生物?鲍鱼壳的强度为何极高?昆虫何来质轻而坚硬的外壳?有“感觉”的材料是怎么回事……     

90年代的移植材料

开发能与人体组织和流体长期保持接触且不会引起有害生物反应的材料,是90年代摆在研究人员面前的最大挑战之一.直到最近,这样的开发工作纯属试验性质,而且错     

前景无限的仿生交通工具

我们知道,现代种种交通工具,要想正常工作,都需要一定的工作条件与环境。修路架桥,火车、汽车才能正常运行;有站有港,车辆、轮船、飞机才能正常起停。而生存在自然界中的各种各样的动物却能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动,这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。仿照动物的某些特点与本领,人们利用现代仿生技术制造出了一系列现代新型的仿生交通工具。     

合成生物学在活体功能材料构建上的应用

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,代表了一个时代科学技术成果的最前沿.近年来飞速发展的合成生物学,通过改进现有系统或构建全新的生物体系,极大地促进了对生物本身的了解,拓宽了生命科学的应用范围.将构建的生物体系进一步结合材料科学中的设计工具及方法,便诞生了活体功能材料这一概念及领域.与传统材料不同,活体功能材料以活体细胞为结构单体组装材料,活体细胞本身成为材料的工程化设计工具以及技术设想和实现途径的基本单元.将编程后的工程活细胞组装、裁剪成具有生物系统特性的活体功能材料,将活体细胞的自我修复能力等特性融入材料,进一步拓展了原有材料的性能.本文将着重介绍活体功能材料的产生、发展及近年来取得的相关成果,在此基础上对活体功能材料未来的发展进行展望.     

仿生体系的分子组装研究取得新进展

生命体系中诸多基本结构单元在特定的环境下能自发地进行自组装,形成各种各样的纳米结构.自组装是构建新型的超分子结构的一个强有力的手段,它是通过分子间的弱作用力来实现的,例如氢键作用、静电作用、疏水     

麝香酮中间体的仿生合成

名贵香料麝香酮天然来源稀少,它的人工合成一直是有机合成中的一个研究热点和难点。模拟四氢叶酸辅本酶转移一碳单元的反应,利用苯并咪唑盐与格利雅试剂的加成－水解反应,以有机杂环化合物苯并咪唑盐作为甲酸氧化态的四氢叶酸辅酶模型,以双格利雅试剂作为接受一碳单元转移的新核试剂,成功地实现了麝香桐中间体２,１５－十六二酮的仿生合成,为麝香酮提供了一种有重要实用价值的合成方法。     

2008年国际仿生科学与技术学术研讨会通知

由南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所、韩国建国大学先进技术研究所和吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室联合举办,南京航空航天大学承办的"2008年国际仿生科学与技术学术研讨会"将于2008年10月14～18日在南京召开.     

软体机器人的仿生物理智能

生物可以在各种非结构化自然环境中生存,其身体中所蕴含的物理智能至关重要,涉及材料、结构和形态等要素.通过融合仿生物理智能,有望降低软体机器人的控制成本,提高机器人系统的响应速度和极端环境下的鲁棒性,以及使微型机器人更加智能化.本文阐述了自然界生物的材料、结构、形态学物理智能特征及其原理,介绍了软体机器人实现仿生物理智能的目的及相关的关键技术与方法,列举了软体机器人仿生物理智能的典型应用,最后展望了软体机器人仿生物理智能的未来发展及挑战.软体机器人仿生物理智能有望在高速动态作业、极端环境探索及微型机器人智能化等方面发挥独特的优势,相关研究将进一步促进生物、机器人、材料、化学和计算机学科之间的交叉.     

可控释淫羊藿苷的仿生组装骨诱导修复材料

中药来源的植物黄酮淫羊藿苷具有良好的成骨药理活性, 其来源广泛、价格低廉、性质稳定, 有望作为一种新的成骨因子应用于骨组织工程研究. 本研究采用原位复合和冷冻干燥技术, 探索性地仿生构建了淫羊藿苷-壳聚糖/羟基磷灰石(淫羊藿苷-CS/HA)复合材料, 并对其物理特征、力学性能、体外细胞相容性、药物控释行为和原位骨缺损修复进行了研究. 结果表明: 淫羊藿苷载药过程对CS/HA复合材料的物理结构无显著影响, 对其力学性能的影响与载药剂量相关; 该材料细胞相容性良好, 可诱导人骨髓间充质干细胞向成骨方向分化; 在体外释药缓慢, 对所载淫羊藿苷的控释时间可达90 d以上; 另外, 体内骨修复试验亦证明该材料具有良好的骨传导性和骨诱导活性, 能有效填充骨缺损并促进早期成骨. 这些结果都说明淫羊藿苷-CS/HA复合材料是一种理想的骨组织工程诱导修复材料, 其制备方法可为载药支架材料研究提供新的思路.     

奇妙的仿生植物建筑

在世界著名的建筑中,有许多仿照植物外形建造的独特建筑,成为令人瞩目的新奇景观。德国建筑学家设计制造成功一种向日葵式的旋转房屋。它装有如同雷达一样的红外线跟踪器,只要天一亮,房屋上的电动机就开始启动,使房屋迎着太阳缓慢转动,始终与太阳保持最佳角度,使阳光最大限度地照进屋内。夜间,房屋又在不知不觉中慢慢复位。这种建筑能够充分利用太阳能,保证房屋的日常供热和用电,又能将光储存起来,供阴雨天和夜晚使用。     

仿生人绝非幻想

机器人技术的最终目标是创造由活体器官和人造元件组成的仿生体,这一目标已不再是纯粹的幻想了,一些实验室完成了把大脑神经元和电子元件结合在一起的研究工作,从而为在动物和人身上进行各种试验打开了大门.残疾人将是这种技术的首批受益者,人体能力的改善似乎将是这种技术进步的必然结果,大脑神经元和硅元件的结合打开了仿生人"潘朵拉盒子".所以,这种技术也会像克隆技术一样引起关于伦理问题的争论.     

磁小体蛋白介导磁性纳米颗粒仿生合成

趋磁细菌磁小体是由生物膜包裹且呈链状排列的磁性纳米颗粒,磁小体通过生物矿化形成的磁性纳米颗粒具有规则的形状、均一的粒径及较高的结晶度,引起了研究者的广泛关注.磁小体膜由磷脂和脂肪酸组成,磁小体膜脂质囊泡实际上是一个控制磁性纳米颗粒精确合成的纳米反应器.磁小体膜内的一系列生物矿化蛋白控制着铁的转运、铁的氧化还原、磁性纳米颗粒的形核以及生长.目前,磁小体生物矿化的具体机制尚未明确且磁小体难以实现规模化生产,因此引发了人们对仿生合成磁小体的研究.体内研究显示,磁小体蛋白如Mms6、MamC、MmsF、MamG和MamD对磁小体的尺寸和形貌具有重要的调控作用,被认定为用于仿生合成磁小体的最好候选蛋白.一些工作已经对源于趋磁细菌的Mms6、MamC、MmsF等重组蛋白介导的磁性纳米颗粒的仿生合成进行了研究.这些研究不仅能够帮助我们更好地理解磁小体的生物矿化过程,而且能够制备出高质量的类磁小体磁性纳米颗粒.本文重点综述了几种重要的磁小体蛋白在介导磁性纳米颗粒仿生合成方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望.     

产品造型中的仿生设计研究

仿生设计是对自然规律的一种提炼,是对生命与精神奥秘的一种探索,动植物在某些方面的功能,远远超越了人类自身的研究成果,可以根据生命体的形态、生物系统设计出功能强大、界面生动、操作简便的科技产品.未来的设计将更加注重产品的个性化、情趣化因素,仿生设计将成为未来产品造型设计的重要方法之一.