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我国学者在仿生表面研究方面取得重要进展
2016-04-14 赖一楠 何柏岩 王国彪 国家基金委工程与材料科学部

2016年4月7日,Nature在线发表了北京航空航天大学陈华伟教授、张德远教授和江雷研究员等的合作研究成果“Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata”(猪笼草口缘区表面液膜连续定向搬运机制)。该研究揭示了生物体表面结构无动力液膜搬运现象的原理,为机械表面/界面的仿生设计与生物制造奠定了理论与技术基础。论文连接:http://www.nature.com/nature/journal/v532/n7597/full/nature17189.html

  翼状猪笼草(学名:Nepenthes alata),又名红瓶猪笼草,是菲律宾特有的热带“食虫植物”,其口缘区在湿润环境下显现出优异的湿滑特性,昆虫很难驻足在口缘区,常会“失足”而滑落至捕虫笼内而被捕食(图1)。这一奇特生物现象吸引了科学家的兴趣,但前期研究大多集中在如何模仿猪笼草类叶片湿滑特征,尚未对其表面润湿特征进行揭示。 

 

  研究团队深入分析了猪笼草口缘区表面微观结构上的液膜铺展过程,首次发现液膜定向连续搬运的神奇现象,提出了梯度泰勒毛细升、闭口梯度泰勒毛细升理论计算模型,揭示了液膜定向连续搬运机理(图2),发展了传统泰勒毛细升理论。进一步研究了表面亲水、疏水特性对液膜定向搬运能力的影响规律,提出了基于楔形盲孔正向搬运、拱形边缘反向阻止的液膜定向连续搬运仿生机械表面/界面设计原理,基于生物复制成形方法实现了逼真形貌的转移制造。研究成果可应用于医疗器械、MEMS、航空航天等装备的表面/界面自润滑、抗磨损、防粘附等。 

 

  该研究得到了国家自然科学基金重大项目(51290292),面上项目(51175020、51475029)等的资助。 

 

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