以蛋清蛋白及半透膜为模板调控碳酸钙的仿生合成

依据生物矿化的基本原理,以蛋清蛋白为基质,透析袋组成隔室,在仿生条件下,诱导碳酸钙的合成。扫描电子显微镜和红外测试结果表明,半透膜和蛋白质虽然直接影响碳酸钙的形貌,但在半透膜和蛋清蛋白调控下生成的碳酸钙均为球霰石型晶体。实验结果表明,半透膜的选择性透过功能不仅限制了蛋白质的自由移动,同时也限制了蛋白质和Ca2+配合物的自由移动,从而为制备特殊形貌的碳酸钙固体提供了基础。     

基于雨燕翅膀的仿生三角翼气动特性计算研究

针对低雷诺数微型飞行器的气动布局, 设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠($\varLambda =50^{\circ}$)仿生三角翼. 为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应, 设计了一组具有同等后掠的普通三角翼. 为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性, 采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数($Re=1.58\times 10^{4})$流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律. 分析结果表明, 前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响. 相对于钝前缘来说, 尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大, 涡流强度也更大, 增升作用也更显著. 相对于普通三角翼构型, 仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大, 但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置, 因此整个上翼面保持低压, 总的升力更大. 由于小迎角时升力增大更明显, 因此仿生三角翼的气动效率在小迎角时明显大于普通三角翼. 这些结论对于揭示鸟类的飞行机理以及未来微型仿生飞行器的气动布局设计具有重要的研究价值.      

动物进化的抗冲击策略及其仿生机理研究

经过长期的自然选择, 自然界中的动物已经进化出各种各样高效的、可靠的、适应性强的抗冲击策略和机体防护机制, 抵抗来自周围复杂环境的碰撞和冲击载荷, 保护生物外部结构和内部器官在进行激烈生物活动时不受伤害. 相比传统工程防护结构, 这些天然的生物防御系统具有优异的抗冲击特性、高效的能量耗散效率以及可重复使用等特征. 因此, 近年来, 关于探索生物及其仿生机理的研究越来越受到广大学者的关注. 本文作者结合近期在该领域的研究成果, 综述了自然界各类动物的抗冲击策略与身体防护机制及其相关仿生设计与应用的最新研究进展. 特别地, 我们归纳分析和讨论了面对不同载荷环境时生物抗冲击结构独特的进化过程和非凡的力学性能, 并且介绍了相关的抗冲击仿生应用研究. 最后, 讨论了动物抗冲击策略与防护机制及其仿生应用研究的挑战和未来发展方向. 本文可为研究人员和工程师提供有效的数据资料, 为可重复使用能量吸收装置及其飞行器结构的抗冲击与防护设计提供有益借鉴和仿生依据.      

仿长耳鸮翼型的参数化研究

以长耳鸮翼型为仿生原型,采用逆向工程方法提取鸮翼翼型下表面特征点并利用B样条曲线进行拟合建立鸮翼仿生重构模型。通过数值求解耦合Langtry-Menter SST模型的雷诺时均Navier-Stokes方程,研究了仿生翼型的前缘弧线曲率、前缘厚度、前端倾角、翼型中部下表面曲率以及尾部厚度等参数对翼型升阻比的影响,获得了一种能有效抑制大攻角下流动分离发生的仿生翼型。正交试验结果表明:翼型前缘厚度对仿生翼型的升阻比影响最大,随着翼型前缘厚度的减少,翼型升阻比增加;翼型下表面中部曲率和翼型尾部厚度均存在最优值使仿生翼型升阻比最大。     

仿海豚皮减阻研究进展

减阻材料可广泛应用于国防、工业、生产生活,具有极大的应用价值。而仿生减阻作为减阻研究新的分枝,受到广泛关注。由Gray计算海豚游动阻力与肌肉力量不匹配而产生的“Gray悖论”开启了对海豚减阻机理的探索。本文介绍了基于海豚表皮的几种减阻机理,并介绍由其发展出的相应减阻材料的设计与测试,最后对仿海豚皮减阻研究的未来发展进行展望。     

单萜吲哚生物碱Alstonerine的合成研究进展

Alstonerine属于单萜吲哚生物碱,除其结构很有特征外,还报道对两株人肺癌细胞具有细胞毒性,因此,它自然就成为合成化学的重要目标.已经有多种合成策略用于构建这个结构体系:包括Pictet-Spengler反应和Dieckmann缩合反应、烯烃复分解关环反应、膦配体催化的[4+2]关环/Friedel-Craft环化、氮杂-Diels-Alder反应/分子内Heck反应、Pauson-Khand反应等.本工作根据构建环系的不同反应系统总结了Alstonerine的合成方法.大部分合成反应步骤较多,适合工业生产的有效合成方法还有待于进一步探索.     

应用体外仿生模型分析海藻水煎液中微量金属的形态和生物可给性

将体外"半仿生消化"和"全仿生消化"法分别应用于海藻分析前处理,即模拟人体消化环境,加入消化液所含有机物和无机物,模拟海藻(海带和紫菜)水煎液在胃肠中的吸收和转运机制.鉴于消化管和血管间的生物膜是类脂质膜,以单层脂质体为细胞生物膜模型考察海藻水煎液中微量金属在单层脂质体-水体系中的分配行为.以单层脂质体结合态、水溶态界定水煎液中微量金属的形态; 以单层脂质体结合态含量评价微量金属的生物可给性; 比较单层脂质体结合态金属在胃肠中浓度,确定微量金属的主要吸收部位.消化酶对海藻中微量元素的形态和生物可给性影响明显.水煎液全仿生消化后,海带和紫菜中的Fe均主要在胃被吸收,海带中的Mn和Zn主要在肠被吸收;紫菜中的Mn和Zn在胃与肠均有吸收.     

水通道蛋白启发下的人工水通道研究进展

受水通道蛋白(AQP)结构与功能启发,含有生物水通道或人工水通道(AWC)的仿生膜近年来取得了显著进展.借鉴AQP的传输特性,所制备的AWC获得了高度的选择性及水快速运输能力.通过对AQP的结构原型进行分析,对标AWC中H2O分子选择性和渗透特性,尝试提出了"门控效应"、"润湿效应"和"排队效应"3种效应,并对现有嵌入...     

棒状纳米纤维素仿生矿化及光谱分析

以棒状纳米纤维素为模板,采用仿生矿化的方法制备纳米纤维素/纳米羟基磷灰石复合材料。并利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜能谱分析(SEM-EDAX)对仿生矿化前后纳米纤维素中碳、氧、钙、磷元素的变化情况及分布状态进行了表征,并探讨了纳米羟基磷灰石的生长机理。结果表明纳米纤维素表面形成了纳米羟基磷灰石;纳米纤维素的碳氧比为1.81,仿生矿化后下降为1.54;仿生矿化后纳米纤维素的钙磷比nCa/nP=1.70;纳米羟基磷灰石成核是在纳米纤维素的羟基上,并且纳米纤维素表面羟基和纳米羟基磷灰石的钙离子之间发生了配位作用。纳米羟基磷灰石较为均一的形成在纳米纤维素的基体中。通过原子力显微镜(AFM)图片可以看出,直径为20nm左右的羟基磷灰石生长在纳米纤维素的表面。     

CdS量子点的酿酒酵母仿生合成及光谱表征

以酿酒酵母为载体,常温下利用仿生法成功合成了CdS量子点。荧光发射光谱、紫外吸收光谱以及荧光显微镜照片证明,该方法合成的CdS量子点的荧光发射峰位置在443nm,在紫外灯下能发蓝绿色荧光。透射电子显微镜(TEM)表征结果表明,该仿生法合成的CdS量子点为六方纤锌矿结构。以荧光发射和紫外吸收光谱为性能指标,考察了酿酒酵母生长时期、Cd2+的反应浓度以及反应时间等条件对合成CdS量子点的影响。当酿酒酵母处于生长稳定期初期时,与浓度为0.5mmol.L-1的Cd2+共培养24h后所合成的CdS量子点荧光最强。实验中观察到,换液培养可有效提高酿酒酵母合成CdS量子点的产量。