贻贝足的共聚焦显微拉曼光谱分析

贻贝对各种海洋环境具有广泛适应性,范围从浅海跨越到深海热液、冷泉等极端环境。贻贝主要通过其足组织分泌的蛋白形成足丝附着于岩石等固体表面,这种蛋白是一种可再生、不受水环境影响的性能良好的天然生物胶黏剂,得益于分泌蛋白的性质,足丝在水下具有黏附性强、韧性高、耐水性优良等特性,在生物材料学、医学等方面具有很好的开发潜力和应用前景,已经是国内外研究热点之一。拉曼光谱是一种非接触的、无损的可以提供分子生物化学信息的检测技术。足丝是贻贝足腺体的外在表达形式,结合扫描电镜和共聚焦显微拉曼光谱技术,从贻贝足丝的表观差异到贻贝足腺体的分泌蛋白组分和分布特征,基于深海和浅海贻贝足丝的扫描电镜表征的表观形态差异,对两种贻贝足组织分别进行共聚焦显微拉曼光谱检测,得到两种贻贝的3个腺体的拉曼光谱和腺体局部区域的2D拉曼彩色分布图,从外在表现形式足丝到内部足腺体分布,通过对比两种贻贝的3个腺体的成分以及相对分布,分析造成两种贻贝足丝差异的内在腺体分布情况,此外结合两种贻贝生存环境的差异,认为贻贝的足丝外观差异以及其内部腺体分布是贻贝应对浅海和深海冷泉完全不同理化环境的一种环境适应机制。基于实验结果得到如下结论,拉曼光谱表明两种贻贝足腺体组成：表征核心腺体的amide Ⅲ信号位于1 242和1 269 cm-1位置的2个峰的峰强度相对其他两个峰(1 318和1 337 cm-1)较高,表现为有序高级的蛋白构象,外皮和粘附盘腺体含有丰富的酪氨酸(643,830,850和1 615 cm-1)和3, 4-二羟基苯丙氨酸(多巴,DOPA, 785 cm-1);浅海贻贝在1 043 cm-1位置有高强度的胶原蛋白信号。拉曼成像呈现两种贻贝腺体分布特征：深海贻贝表现为较为集中的腺体分布,浅海贻贝腺体分布较为分散,表明贻贝为适应不同环境形成不同的腺体分布机制。由此可见,拉曼光谱可以用于研究不同环境下生存的贻贝的足腺体分布特性,并在生物样品微观分析中更多的应用。     

海洋生物水下粘附机理及仿生研究

生物粘附行为往往是生物在长期进化过程中获得的一种特殊功能或者生存能力,然而仿生水下粘附材料和结构如何充分再现生物材料的自适应能力一直是工程材料领域的研究难点. 本文作者基于自然界中丰富的粘附方式,详细介绍了几类典型海洋生物(贻贝、藤壶、沙塔蠕虫、章鱼、?鱼、鲍鱼、海胆)的水下粘附机理,并概述了相关的仿生设计(如DOPA改性水凝胶、吸盘贴、海胆机器人等)及其应用前景. 最后,对目前海洋生物粘附机理和相关仿生研究进行归纳总结,阐述存在的问题,提出深入研究典型海洋粘附生物“粘附-脱附”的动态过程和调控机理的必要性,并进一步指出仿生粘附研究在未来可逆、可控、绿色的发展方向和趋势.      

小烛树蜡棕榈凝胶油的制备及在面包中的应用

以棕榈油为主要基料油,添加一定数量的小烛树蜡,采用加热搅拌及冷却培养等方法来研究棕榈油基凝胶油。研究结果表明：凝胶油形成过程中小烛树蜡的添加量、溶解温度、溶解时间、培养期时间和搅拌速度等因素对凝胶油的硬度、持油率等性质有着重要影响。利用单因素试验和正交试验优化得到棕榈油基凝胶油最佳制备工艺条件为:小烛树蜡添加量为8.00%,溶解温度为105 ℃,溶解时间为15 min,搅拌速率为80 r/min,培养时间为36 h（25 ℃）。在最佳工艺条件下,制备的棕榈油基凝胶油硬度为4.864 N、黏附力为1.197 N、持油率为97.10%。经过核磁共振分析和气相色谱分析,测得不同温度下固体脂肪酸含量在凝胶前后有部分变化,但脂肪酸组成含量不存在显著变化。凝胶油用于面包加工中,可以延缓水分的流失和面包的老化,在保质期内可以提高面包的品质。     

利用胶体探针技术研究多巴与纳米、微米及微纳复合结构表面之间的相互作用

通过在硅片表面有机蒸镀不同厚度的二十九烷制备了不同晶体密度的仿生旱金莲叶面蜡质纳米结构表面,采用端基修饰多巴的原子力显微镜胶体探针,对各纳米结构表面进行了粘附性能测试,发现蒸镀200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面具有较低粘附力。采用反应离子刻蚀方法制备了不同高度的硅材质仿生鲨鱼皮微米结构表面,并选择了200 nm厚度二十九烷在仿生鲨鱼皮表面进行有机蒸镀制备了微纳复合结构表面,通过胶体探针的研究发现多巴与高度为1、3、5μm微纳复合结构表面的粘附力均小于与200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面之间的粘附力,说明微纳复合结构表面具有很强的抗多巴粘附能力,并且这种复合结构表面相对于硅材质的仿生鲨鱼皮微米结构表面还兼有旱金莲叶面的强疏水性和极佳的抗水粘附能力。     

基底对PDMS-碳纤维复合材料粘附性能的影响

主要介绍了PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)-碳纤维复合仿生粘附材料的制备工艺及其粘附性能的测试方法,并测试了该材料在几种不同基底下的法向和切向粘附力。实验结果显示,硅、钛、氧化硅、氮化硅基底中,粘附材料在氮化硅表面的法向粘附力最高(8.24N/cm^2),在硅表面的切向粘附力最高(2.22N/cm^2)。粘附力的大小受基底接触角、粗糙度等多种物理特性的共同影响。本文通过对粘附力与基底的接触角和粗糙度间关系的讨论,为PDMS-碳纤维复合材料今后的应用提供了理论依据。     

玫瑰花状氢氧化钴的结构和浸润性研究

在没有任何表面活性剂条件下,通过简单的方法首次合成了玫瑰花状β-Co(OH)₂微晶。玫瑰花状β-Co(OH)₂微晶宽3~5 μm,厚2~3 μm,是由平均厚度为15 nm的纳米片所组成。玫瑰花状β-Co(OH)₂组成的薄膜的接触角为158.5°±1.2°,表面处于任意的角度,水滴都不会滴落。     

新型含悬挂羧基聚乳酸的制备及其血液相容性和细胞粘附性

制备了乳酸-苹果酸共聚物(PLMA), 并在前期工作的基础上制备了悬挂羧基聚乳酸(PLMACA), 考察了手臂长度及端功能基团对改善聚乳酸的血液相容性及细胞粘附性的影响. 结果表明, PLMACA同时具有良好的血液相容性和细胞亲和性, 极有可能成为新一代血管(修复)材料.     

海洋污损生物粘附机制及防污涂层表面工程

任何浸入海水的结构物均会受到海洋污损生物的附着。 在物体表面涂覆防污涂料是最广泛的防污方式,无毒污损脱附型防污涂料已成为当前的研究热点。 分析了污损生物的粘附过程及界面粘结作用,探讨了表面能、涂层模量、表面化学成分、微观形貌、颜色等因素对涂层防污效果的影响,并指出涂料工程化中必须解决的问题。     

CONCAVE BIOLOGICAL SURFACES FOR STRONG WET ADHESION

Plant leaves, insects and geckos are masters of adhesion or anti-adhesion by smartly designed refined surface structures with micro- and nano- ＇technologies＇. Understanding the basic principles in the design of the unique surface structures is of great importance in the manufacture or synthesis of micro- and nano- devices in MEMS or NEMS. This study is right inspired by this effort, focusing on the mechanics of wet adhesion between fibers having concave tips and a flat substrate via capillary forces. We show that the concave surface can effectively enhance the wet adhesion by reducing the effective contact angle of the fiber, firmly pinning the liquid bridge at its circumferential edge. A critical contact angle is identified below which the adhesion strength can achieve its maximum, being insensitive to the contact angle between the fiber and liquid. The analytical expression for the critical angle is derived. Then a tentative design for the profile of concave surfaces is proposed, considering the effects of chamfering size, deformation and buckling, etc. The effect of liquid volume on the wet adhesion of multiple-fiber system is also discussed.