The progress of olfactory transduction and biomimetic olfactory-based biosensors

Olfaction is a very important sensation for all animals. Recently great progress has been made in the research of olfactory transduction. Especially the novel finding of the gene superfamily encoding olfactory receptors has led to rapid advances in olfactory transduction. These advances also promoted the research of biomimetic olfactory-based biosensors and some obvious achievements have been obtained due to their potential commercial prospects and promising industrial applications. This paper briefly introduces the biological basis of olfaction, summarizes the progress of olfactory signal transduction in the olfactory neuron, the olfactory bulb and the olfactory cortex, outlines the latest devel- opments and applications of biomimetic olfactory-based biosensors. Finally, the olfactory biosensor based on light addressable potentiometric sensor (LAPS) is addressed in detail based on our recent work and the research trends of olfactory biosensors in future are discussed.     

釉原蛋白诱导氟基硅酸钙仿生矿化牙齿性能研究

牙组织修复与再生一直是医学亟待解决的问题.采用氟基硅酸钙生物陶瓷材料对牙齿进行仿生矿化修复,在模拟仿生矿化液中,对酸蚀的牙齿进行处理,在釉原蛋白诱导下进行矿化,构建仿生牙组织结构.矿化层的性能表征结果显示,釉原蛋白诱导氟基硅酸钙能在牙釉质表面形成仿生矿化层,且较单一的氟基硅酸钙诱导形成磷灰石矿化层更加致密,力学性能更加优异,且晶粒有序排列,沿着一定方向定向生长,形成类似于骨及牙齿的纳米磷灰石晶粒结构,具有较好的生物相容性.     

仿生学习的机器鱼运动模式分析

运动行为建模是机器鱼研究领域的重点和难点,研究将一种新颖的仿生学习方法应用到多关节机器鱼运动模式学习和生成上。首先,通过视频采集设备对鲤鱼的运动行为进行记录,并对记录的视频数据作离散化处理后进行分析,提取得到了鲤鱼的3个基本运动模式:"巡游"、"游动转弯"和"C形急转"。然后采用通用内部模型(general internal model,GIM)对鲤鱼的运动模式进行学习,利用其函数逼近能力和在时间、空间上的可伸缩性,机器鱼可以学习、修正和再现真鱼的运动模式。最后结合红外传感器及避障算法实现了机器鱼的自主避障行为,从而证实了该方法的有效性。     

Mechanical design and implementation of a new biomimetic robot fish

A mechanical design method of robot fish is introduced in this paper.Based on this method an antonomous 3-Dimension(3D)locomotion robot fish with two pectoral fins and a caudal fin is developed.The pectoral fin mechanism has 3 degrees of freedom(3-DOFs),which enables the robot fish to realize yawing and pitching motions by controlling two pectoral fins.And the caudal fin mechanism is designed based on fish body wave curve fitting.The forward velocity can be adjusted by changing the caudal mechanism's oscillating frequency.Finally a physical implementation of the robot fish and experimental results are given.     

基于仿生模式识别的说话人辨认方法研究

仿生模式识别方法模仿了人类进行事物分辨过程中的行为特征,强调了类内事物的相关性,利用"熟识"程度代替"分类".与传统模式识别方法注重发掘类间特征差异性相比,给出了一种新的思路.仿生模式识别方法的难点在于针对同一类事物的有限个样本在特征空间中建立有效的连续覆盖.提出了一种利用改进的最近邻方法产生类覆盖区的新算法,该算法认为同一类中任意两个样本间的特征是渐变的,从而生成更多虚拟的样本点,并根据两个样本特征点之间的距离确定虚拟样本点的覆盖范围.利用该算法实现了说话人识别系统,实验表明该方法能够有效地排除冒充者话音的干扰,在有大量冒充说话人的实验环境下,能够大大提高系统的识别率.     

高韧性复相陶瓷材料的仿生结构设计、制备与力学性能

从天然生物材料 (竹、木、贝壳等 )结构出发 ,提出了高韧性复相陶瓷材料仿生结构设计新思路及设计的基本要点 .针对仿贝壳珍珠层结构特征 ,采用轧膜或流延成型工艺 ,成功制备出仿贝壳珍珠层结构特征的Si3 N4 /BN层状陶瓷材料 .通过对该材料的结构参数和几何参数进行优化设计 ,可获得优异的力学性能 :断裂韧性在 2 0～ 2 8MPa·m1/ 2 ,断裂功高于 40 0 0J/m2 ,同时抗弯强度可保持在 5 0 0～ 70 0MPa .并分析了该材料具有高韧性的原因 ,提出了仿生结构陶瓷材料的增韧机制     

PSSS基质及温度对碳酸钙结晶的影响

文章根据生物矿化原理,以PSSS(聚苯乙烯磺酸钠)为基质,采用碳酸氢铵挥发CO2,扩散至CaCl2溶液中合成碳酸钙晶体,讨论了反应时间、pH值、温度、PSSS质量浓度和CaCO3浓度对产物晶型及形貌的影响.采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪和红外吸收光谱等手段对所得产物进行表征.结果表明,文章合成了不同形貌的碳酸钙晶体,而且发现相对于其他因素,反应时间和温度对碳酸钙晶型和形貌影响不大.     

6-硝基-1,1''''-联-2-萘酚的合成及仿生氧化反应

在温和的条件下合成得到6-硝基-1，1’-联-2-萘酚化合物。以CuCl2-乙醇胺络合物作为催化剂，在氧气存在条件下，硝基取代联萘酚可发生仿生氧化反应，得二苯并咕吨类化合物。产物的结构经核磁、红外光谱、元素分析及质谱进行确证。     

磷酰化壳聚糖仿生衍生物的合成及其与DNA的相互作用

采用Antherton-Todd反应制备了两种水溶性的磷酰化壳聚糖仿生衍生物:两性的N-磷酸胆碱磷酰化壳聚糖(N-PCCs)和带正电荷的N-乙基磷酸胆碱磷酰化壳聚糖(N-PC Cs),并用紫外吸收光谱(UV)和圆二色光谱(CD)研究了两种胆碱磷酰化壳聚糖衍生物与小牛胸腺DNA的相互作用.结果表明:壳聚糖衍生物的电荷状态对其与DNA的相互作用影响很大.在pH=7.2的中性条件下,两性的磷酸胆碱壳聚糖衍生物与DNA作用不明显,而带正电荷的乙基磷酸胆碱磷酰化壳聚糖衍生物与DNA有强烈的静电作用.     

基于细胞膜仿生策略的纳米颗粒在肿瘤治疗中的应用

随着纳米技术的发展，纳米颗粒凭借其物理、化学、生物学优势被广泛应用于医学领域。然而，生物安全性差、血液循环时间短、靶向能力弱等缺点，仍然限制着纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。作为一种天然生物材料，细胞膜拥有独特的生物学性质。细胞膜仿生策略赋予纳米颗粒不同的生物学性质，弥补了纳米材料本身的不足，扩大了纳米颗粒在肿瘤治疗方面的应用。文章主要介绍细胞膜仿生纳米颗粒的制备方法以及膜仿生策略在肿瘤治疗中的应用与研究。