2016年4月7日,Nature在線發(fā)表了北京航空航天大學(xué)陳華偉教授、張德遠(yuǎn)教授和江雷研究員等的合作研究成果“Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata”(豬籠草口緣區(qū)表面液膜連續(xù)定向搬運(yùn)機(jī)制)。該研究揭示了生物體表面結(jié)構(gòu)無(wú)動(dòng)力液膜搬運(yùn)現(xiàn)象的原理,為機(jī)械表面/界面的仿生設(shè)計(jì)與生物制造奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。論文連接:http://www.nature.com/nature/journal/v532/n7597/full/nature17189.html
翼狀豬籠草(學(xué)名:Nepenthes alata),又名紅瓶豬籠草,是菲律賓特有的熱帶“食蟲植物”,其口緣區(qū)在濕潤(rùn)環(huán)境下顯現(xiàn)出優(yōu)異的濕滑特性,昆蟲很難駐足在口緣區(qū),常會(huì)“失足”而滑落至捕蟲籠內(nèi)而被捕食(圖1)。這一奇特生物現(xiàn)象吸引了科學(xué)家的興趣,但前期研究大多集中在如何模仿豬籠草類葉片濕滑特征,尚未對(duì)其表面潤(rùn)濕特征進(jìn)行揭示。
研究團(tuán)隊(duì)深入分析了豬籠草口緣區(qū)表面微觀結(jié)構(gòu)上的液膜鋪展過(guò)程,首次發(fā)現(xiàn)液膜定向連續(xù)搬運(yùn)的神奇現(xiàn)象,提出了梯度泰勒毛細(xì)升、閉口梯度泰勒毛細(xì)升理論計(jì)算模型,揭示了液膜定向連續(xù)搬運(yùn)機(jī)理(圖2),發(fā)展了傳統(tǒng)泰勒毛細(xì)升理論。進(jìn)一步研究了表面親水、疏水特性對(duì)液膜定向搬運(yùn)能力的影響規(guī)律,提出了基于楔形盲孔正向搬運(yùn)、拱形邊緣反向阻止的液膜定向連續(xù)搬運(yùn)仿生機(jī)械表面/界面設(shè)計(jì)原理,基于生物復(fù)制成形方法實(shí)現(xiàn)了逼真形貌的轉(zhuǎn)移制造。研究成果可應(yīng)用于醫(yī)療器械、MEMS、航空航天等裝備的表面/界面自潤(rùn)滑、抗磨損、防粘附等。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(51290292),面上項(xiàng)目(51175020、51475029)等的資助。
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