人工仿生复眼的研究进展

光敏高分子材料的研究进展

光敏高分子材料的研究进展 骆海强，重庆大学化学化工学院应用化学2班 摘要：由于当今材料科学技术的快速更迭，高分子材料逐渐成为材料科学领域中极具发展潜力的一类材料。在可利用能源不断缩减的今天，光敏高分子材料的研究力度大大提升，逐渐成为现代生活中不可或缺的部分。本文分别对光敏高分子材料的四大类——感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料本身的特性及应用进行了综述性概括，以便快捷了解光敏高分子材料的特点。 0前言 随着材料科学技术相关研究人员在该领域的不断探索，高分子材料无论是在科研领域还是社会生活中，都扮演着极为重要的角色。在光电材料研究风气盛行的当下，太阳能电池、太阳能汽车等光能利用、转化设备普及的大环境下，光敏高分子材料的研究力度渐渐增加，也得到了许多理想的科研成果， 1光敏高分子材料概述 在光照下能表现出特别性能的高分子聚合物即为光敏高分子材料，是材料科学里一类主要的功能高分子材料，所触及范畴也较为普遍，如光致抗蚀剂、光导电高分子、高分子光敏剂等功能材料。 光敏高分子材料根据其自身在光照条件下所产生的反应类型及其展现出的特征性能，可以分成如下四类：感光性高分子材料、光能转化高分子材料、光功能高分子材料及高分子非线性光学材料。 现基于以上分类，对各种材料进行阐述。 2 感光性高分子材料 在光照下可以进行光化学反应的高分子材料常被称为感光性高分子材料。

根据其用途可分为光敏涂料和光刻胶。 2.1光敏涂料 2.1.1光敏涂料的作用机理 光敏涂料具有光敏固化功能，可以利用光交联反应或光聚合反应，使其中的低聚物聚合成膜或网状。经过恰当波长照射后，光敏涂料会快速固化，获得膜状物。因为固化过程较为稳定不易挥发溶剂，从而降低了排放，提高了材料利用，保障了安全性。而且由于是在覆盖之后才发生的交联，使图层交联度更好，机械强度也更稳固。 2.1.2光敏涂料的中常见低聚物的类型 以铁酸锌环氧酯错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。涂料为一类的环氧树脂型低聚物，在紫外光的处理下，给电冰箱表面上漆，能够是冰箱表面具有很好的柔顺性且不宜脱落。以含氟丙烯酸酯预聚物错误!未找到引用源。为一类的不饱和聚酯型低聚物，与光引发剂等结合后形成的混合型涂料，其硬度、耐挂擦力、附着力等性能大大提高。此外还有聚氨酯型低聚物错误!未找到引用源。及聚醚型低聚物。 2.2光刻胶（光致抗蚀剂） 2.2.1光刻胶的作用机理 生产集成电路的现有工艺中，通常会用这类感光性树脂覆盖在氧化层从而避免其被活性物质腐蚀。将设计好的图案曝光、显影，改变了其溶解性，其中树脂发生化学反应后去除了易溶解的物质，氧化层表面留下不溶部分，从而避免氧化层被活性物质腐蚀。 2.2.2光刻胶的分类 正性光刻胶和负性光刻胶错误!未找到引用源。是根据曝光前后涂膜的溶解性来分类的。其中正性光刻胶受光后会降解，被显影液所消融；而与之相反，在光照后，负性光刻胶获得的图形恰好与掩膜板图形互补，即曝光处会发生交链反应形成不溶物残余在表面形成图像，而非曝光处则如正性光刻胶同样被消融，。 根据光刻胶所吸收的光的紫外波长，还可将其分为深紫外(i-线，g-线)光刻胶，远紫外(193 nm)光刻胶和极紫外(13. 5nm)光刻胶错误!未找到引用源。。Lawrie等错误!未找到引用源。经过多次实践合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的

用于目标识别的紧凑型仿生复眼光学系统设计

收稿日期：2016-10-05； 修订日期：2016-11-03基金项目： (20130101JC032)作者简介：(1972-), ,,,二二三Email:fuyg@https://www.wendangku.net/doc/4c16119031.html, 通讯作者：(1981-),,,三Email:lzy@https://www.wendangku.net/doc/4c16119031.html, 0602001-1 用于目标识别的紧凑型仿生复眼光学系统设计 付跃刚，赵宇，刘智颖，张凯，朱启凡,李亚红 (长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022) 摘要：大孔径仿生复眼光学系统兼顾了凝视大视场的同时，克服了生物复眼孔径小、视距短的缺陷。通过对仿生复眼视场拼接方法的分析，研究了实际阵列周期与理论计算周期数的关系，并提出了降低子眼系统密度的填补子眼法。通过研究球面固定本体设计中的几何关系，建立了本体径向半径d 与曲率半径R 的数学关系，提出了球面固定本体的设计方法，完善了之前提出的仿生复眼视场拼接理论。通过实际的装调实验，验证了设计方法的正确性。利用该方法可提高仿生复眼系统的集成性，减小系统尺寸，推动了仿生复眼光学系统的实际应用。 关键词：仿生复眼；目标识别；视场拼接；设计方法 中图分类号：Q692；TH702文献标志码：A DOI ：10.3788/IRLA201746.0602001 Design of compact bionic compound eye optical system used for target identification Fu Yuegang,Zhao Yu,Liu Zhiying,Zhang Kai,Zhu Qifan,Li Yahong (School of Opto-Electronic Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China) Abstract:The large-aperture bionic compound eye optical system can have a large field of view,it overcomes the defects that the aperture of biological compound eyes is small while the vision distance is short.The relationship between the actual array period and theoretical calculated period number was researched through analyzing the field stitching method of bionic compound eye ,the method called "padding sub eye method"was proposed to reduce sub eye configuration density.By studying the geometry relationship of the fixed spherical body design,the mathematical connection between the main body vertical radius d and the curvature R was established,the design method of fixed spherical body was proposed,and the proposed bionic compound eye field stitching theory was perfected.Finally,the correctness of the design method through the actual alignment experiments was verified.This method can improve the integration of the bionic compound eye system,reduce system size,and promote the practical application of bionic compound eye optical system. Key words:bionic compound eye;target identification;fields stitching;design method 第46卷第6期 红外与激光工程2017年6月 Vol.46No.6Infrared and Laser Engineering Jun.2017 万方数据

功能高分子材料聚合方法的研究进展

功能高分子材料聚合方法的研究进展 摘要：本文简述了对功能高分子材料的认识，功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类。并展望了功能高分子材料未来发展方向及其意义。 关键字：高分子；材料；应用；发展 材料是人类赖以生存和发展的物质基础。是人类文明的重要里程碑，如今有人将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱。进入本世纪80年代以来。一场与之相适应的“新材料革命”蓬勃兴起。功能材料是新材料发展的方向．而功能高分子材料占有举足轻重的地位。由于其原料丰富、种类繁多，发展十分迅速，已成为新技术革命必不可少的关键材料[1]。 1功能高分子材料 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％[2]。 2功能高分子材料的发展现状 2.1反应性高分子 反应性高分子是带有反应性官能团的高分子。可分为高分子试剂、高分子催化剂和离子交换树脂，具有广泛的应用前景，1984年诺贝尔化学奖得主就是由于多肽的固相合成法获得成功而被授与的。高分子催化剂与常规催化剂相比，优势明显，如可随时终止反应、稳定性高、可连续操作和反复使用等。尤其是高分子固定化酶催化剂，催化速度为常规催化剂的千百倍。离子交换树脂具有离子交换功能，目前发展方向主要是特种离子交换树脂，如螯合树脂、蛇笼树脂和耐热性离子交换树脂等[3]。 2.2吸附分离功能高分子 吸附分离功能高分子材料主要是指那些对某些特定离子或分子有选择性亲

功能高分子材料研究进展

功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;

仿生机械鱼研究新进展

“如果瞧到一只游动得鱼，您会想到什么？”如果有人问起这个 问题，按照笔者得思维，准就是会回答：“清蒸得得话会就是非常得鲜 美，红烧得得话口感应该会更加香。”而带着同样得问题，笔者走进仿生 机器鱼课题组,组员们给出得答案却超出了R常生活，她们得回答 就是：“瞧见尾鳍得一摆一动，勾起我们得就是如何能进一步改进控制算法，在仿生鱼身上更完美地实现鱼类得波动推进方式。” “用智能算法来理解鱼之乐” 按预约得时间，笔者来到了仿生鱼课题组所在得办公室——自动化大厦9层906室。课题组成员王硕研究员热情地将我们请到了十三层咖啡厅，点上一壶茶水，在茶叶得沉落之间，为我们一一讲述关于仿生机器鱼得话题。 仿生机器鱼得研究工作由复杂系统控制与管理国家重点实验室得谭民研究员组织与指导，多名研究员、副研究员与在读博士生、硕士生共同合作开展。 一边品茶，王硕一边回忆起课题组得情况。顺着时间得脉络，她将课题组得情况进行了简要得回顾。 王硕告诉笔者：“仿生鱼作为课题组得研究内容，已经长达十余年之久。最早就是在2001年，谭民老师与北京航空航天大学王田苗教授交流时，谈到就是否可以将研究所智能控制算法应用于工业设计中。 受其启发，课题组开始了仿生鱼得研究。” 2001年算就是探索起步阶 段，这一时期主要就是对鱼类得跟踪模仿。 到2003年前后，课题组得研究进入到一个新得阶段：三维仿生运动阶段。为了提高任务得环境适应性，需要机器鱼具有水中得三维运动能力， 也就就是需要机器鱼除了推进外还要能够上浮下潜，甚至维持某一深度。

课题组在已有多关节仿生机器鱼得基础上，总结设计了一种新型机器鱼，基于改变胸鰭攻角法，完成仿生机器鱼得俯仰与浮潜运动，设计得机器鱼既可实现俯仰与浮潜，响应迅速，动态特性好。 到2004年，课题组提出一种基于重心改变法得仿生机器鱼俯仰姿态与深度控制方法，用于实现机器鱼水中得浮潜运动。据介绍，这种方法利用一种可调整位置得配重块结构，以改变机器鱼得重心位置，进而实现机器鱼俯仰姿态得调节。 2005年之后，课题组开始了仿生机器鱼转身、快速起动、运动中 变速与转向、倒游、定深、制动等高机动控制研究。 经过十多年得坚持与攻坚，课题组在对鱼类深入观察得基础上，结合仿生学、机器人学、材料学、机械学与智能控制，深入探讨了鱼类游动得机制，形成了身体/尾鰭推进、胸鳍推进、子母式、长鳍、两栖、海豚式推进等多个系列，聚焦高机动、高游速两大指标，目前已实现利用多模式控制技术将多种性能集成到高性能机器鱼平台。课题组成员 介绍说，她们所研制出得多仿生机器鱼群体协作与控制仿生机器鱼, 就是参照鱼类游动得推进机理，利用机械、电子元器件与智能材料实现水下推进得运动装置，具有低噪声、高效率、高机动性、高隐蔽性等特点。 目前，课题组已在机器人学得顶期国际期刊IEEE Transactions on Robot i cs 与I EEE Robotics and Automat io n Magaz i ne 上发表多篇文章，在国际仿生机器鱼领域占有重要得一席之地。 “在鱼类身上找寻前行得新力量” 随着科技得深入发展与产业、军事等领域应用需求得拉动，仿生机器学(Biomimetics)研究越来越受到关注。“通过研究、学习、模仿得仿生学方法来复制与再造生物得形态、结构、功能、工作原理及控制机制等已成为机器人学得一项重要研究内容。”王硕说道。

仿生结构及其功能材料研究发展

仿生结构及其功能材料研究进展 摘要本文结合作者课题组的相关工作, 就多种仿生材料的研究现状进行简要的综述, 并概要展望了其发展趋势. 关键词仿生合成结构材料功能材料智能材料浸润性离子通道 1.光子晶体材料 光子晶体，这是一类特殊的晶体，其原理很像半导体，有一个光子能隙，在此能隙里电磁波无法传播。蛋白石是其中的典型，它的组成仅仅是宏观透明的二氧化硅，其立方密堆积结构的周期性使其具有了光子能带结构，随着能隙位置的变化，反射光也随之变化，最终显示出绚丽的色彩.模仿蛋白石的微观结构，可以合成人工蛋白石结构的光子晶体. 矿物或生物结构色中光子晶体的分子结构、微/纳米结构、周期性结构及其功能的深入研究将为开发新一代光学材料、存储材料及显示材料提供重要的指导作用. 2.仿生空心结构材料 自然界中的许多生物采用了多通道的超细管状结构, 例如: 许多植物的茎都是中空的多通道微米管, 这使其在保证足够强度的前提下可以有效节约原料及输运水分和养料; 为减轻重量以及保温, 鸟类的羽毛也具有多通道管状结构; 许多极地动物的皮毛具有多通道或多空腔的微/纳米管状结构, 使其具有卓越的隔热性能. 3.仿生离子通道材料 生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输(顺离子浓度梯度)和主动运输(逆离子浓度梯度)两种方式. 被动运输的通路称为离子通道, 主动运输的离子载体称为离子泵. 离子通道实际上是控制离子进出细胞的蛋白质, 广泛存在于各种细胞膜上, 具有选择透过性. 生物纳米通道在生命的分子细胞过程中起着至关重要的作用, 如生物能量转换, 神经细胞膜电位的调控, 细胞间的通信和信号传导等[26]. 纳米通道在几何尺寸上与生物分子相近, 利用纳米通道作为生物传感器或传感器载体, 在分子水平上对组成和调控生命体系结构和运行的离子、生物分子和小分子进行检测和分离, 甚至在人工合成的纳米通道体系内模拟某些生物体系的结构和功能, 已成为化学、生命科学、材料学及物理学等领域的研究热点. 4.仿生超强韧纤维材料 天然蜘蛛丝由于具有轻质、高强度、高韧性等优异的力学性能和生物相容性等特性, 因此在国防、军事、建筑、医学等领域具有广阔的应用前景. 随着蜘蛛丝微观结构与性能关系的进一步揭示, 利用不同的合成技术, 国内外许多课题组已成功制备了多种仿蜘蛛丝超强韧纤维材料. 纳米碳管作为一维纳米材料, 重量轻, 具有良好的力学、电学和化学性能, 这为仿生合成具有类似蜘蛛丝性能的功能材料提供了可能并已经得到了验证. 研究发现, 自然界某些生物体中(如昆虫角质层、下颌骨、螫针、钳螯、产卵器等)含有极为少量的金属元素(如Zn、Mn、Ca、Cu等), 以增强这些部位的刚度、硬度等力学性能. 受此启发, 采用改进的原子层沉积处理技术,提高天然蜘蛛牵引丝的抗断裂或变形能力, 增强蜘蛛丝的韧性. 该研究对制造超强韧纤维材料及高科技医疗材料, 包括人工骨骼、人工肌腱、外科手术线等具有重要的指导意义. 5.仿生特殊浸润性表面 自然材料的多尺度微/纳米多级结构赋予其表面特殊浸润性能, 如植物叶表面的自清洁性、滚动各向异性; 昆虫翅膀的自清洁性、水黾腿的超疏水性等. 通过对生物体表面的结构仿生可以实现结构与性能的统一.

昆虫复眼的仿生运用

**大学本科学生课堂论文 昆虫复眼的仿生运用 学生： 学号： 专业：生物工程 **大学生物工程学院 二O一四年六月

摘要 复眼是昆虫最重要的视觉器官，由多个小眼组成，其在形态学、解剖学、生理学及光学等方面与其它无脊椎动物和脊椎动物的眼睛有着显著的差异，从而使节肢动物具有其它动物所不及的视觉特性，因此, 复眼的独特性使它很早就受到人们的广泛关注, 随着科学技术的进步，学者们利用电镜从形态学与解剖学角度对复眼的结构进行了研究,还从生理学及光学方面探讨了复眼成像的原理及其功能, 利用分子技术、遗传技术等对复眼的发生及其功能从本质上进行研究。本文将从结构、人工仿生及应用等方面对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。 关键词:生物光学;昆虫复眼;人工仿生

1.昆虫复眼的基本结构 昆虫的复眼是昆虫最重要的光感受器，复眼是由一个个独立的小眼构成，每个小眼主要是由角膜、晶锥、感杆束、色素细胞、基膜等组成。角膜和晶锥构成了复眼的屈光器，主要是起到透光、保护感受器和屈光的作用。感杆束和色素细胞可以随着光强的变化而变化，起到调节光量的作用，同时还起到视觉定向功能的作用。基膜是连接小眼和视神经的部分，起到了增加视神经感受性和支撑小眼的作用。在昆虫的各种感受器中，光感受器无疑是最重要的。尤其对于快速飞行的昆虫来说，复眼是快速获得信息的中心。 角膜作为复眼的最外层主要是起到保护感受器的作用。角膜的透光度极高，烟草天蛾对400-650nm的光透过率可达90%，近紫外区的光线几乎完全可以透过，而远紫外区的则不能，起到保护的作用。大部分的昆虫的晶锥都形成晶束，这些晶束的直径可以决定能否把物象传递给感杆束，还可以起到光导管的作用。色素细胞主要是包围着感杆和晶锥，吸收、分散到达每个小眼的光线，通过色素细胞的移动来调节到达视杆的光量，适应环境中光的强度，可能起到脊椎动物的虹膜作用。感杆束和色素细胞很好的起到了调节光强，使复眼适应不同光强度变化的作用。 昆虫复眼对光强的适应能力和范围都是很大的。首先是光通过屈光器进入到感杆束，为了调节适应的光强，色素细胞开始移动，或横向或纵向，有的感杆束也可以进行上下伸缩移动，这样完成了类似于人类的瞳孔调节机制。不同类型的昆虫复眼在进行光适应时也具有一定的区别。比如蜜蜂有3种视锥细胞，分别拥有峰值在530 nm 的绿色光感受器，460 nm 的蓝色光感受器，360 nm 的紫外光感受器，可识别绿、蓝、紫 3 种颜色光的波长而不能识别红色，但其对有优质蜜的红花却是很乐意去采，原因是他们利用了亮度差（非色差对比），从而找到了红花。此外，蜜蜂还可以识别紫外线，也就是说蜜蜂所看到的世界与人类所看到的世界是不一样：我们所看到的世界只是红、绿、蓝三原色的叠加，而蜜蜂所看到的则是具备第四位色彩的世界。美国 Cornell大学的研究人员也已发现蜜蜂对于花中心部位（富含类固醇）放射出的紫外线格外敏感，这使得蜜蜂能够准确无误地落在任何一种颜色的花上[2]。

生物医用高分子材料研究进展及趋势

生物医用高分子材料研究进展及趋势

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势

学院名称：材料科学与工程 专业班级：金属1302 学生姓名：钱振 指导教师姓名：王宝志 2016年 10 月 生物医用高分子材料的研究及发展趋势 钱振 学号：63 班级：金属1302 材料科学与工程学院 摘要：随着我国经济发展水平的不断提高，分子材料在各领域得到了显著应用，在医用领域应用更多，本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件，概述了医用高分子材料的研究现状及其用途，并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词：生物材料，生物医用高分子材料，现状，应用，展望 1.引言 生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科，它是生物学、医学、化学、 物理学和材料学交叉形成的边缘学科，是用于人工组织或器官制备、高性能医疗

器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。 生物医用材料，简称生物材料(BiomaterialS)，是一类具有特殊性能或功能，用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[，生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等）。 2.研究现状 生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料取得了长足的进展，目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展，出现了大量的医用新材料和人工装置，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来，由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展，医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多，主要包括：塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展，这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等，都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用，因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来，用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。

仿生复合材料.

仿生材料研究进展(讲义) Research Progress of biomimetic materials 仿生学（Bionics）诞生于二十世纪60年代，是Bi(o)+(electr)onics的组合词，重点着眼于电子系统，研究如何模仿生物机体和感官结构及工作原理，而材料的仿生研究则由来已久。80年代后期，日本复合材料学会志发表了一系列关于材料仿生设计的论文[1]，分析了部分生物材料的复合结构和性能，我国学者也开展了卓有成效的探索[2-6]。美、英等国合作在1992年创办了材料仿生学杂志(Biomimetics)，Biomimetics意为模仿生物，着重力学结构和性质方面的仿生研究。但人们往往狭义地理解“mimetic”含义，认为材料仿生应尽可能接近模仿材料的结构和性质，而出现一些不必要的争议。近年来国外出现“Bio-inspired”一词，意为受生物启发而研制的材料或进行的过程。其含义较广，争议较少，似更贴切，因而渐为材料界所接受。通常把仿照生命系统的运行模式和生物体材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料(Biomimetic Materials)。这是材料科学与生命科学相结合的产物，这一结合衍生出三大研究领域：天然生物材料，生物医学材料（狭义仿生）和仿生工程材料（广义仿生—即受生物启发而进行的材料仿生设计、制备与处理等）。 一、天然生物材料与生物医学材料 天然生物材料经过亿万年物竞天择的进化，具有独特的结构和优异的性能。通过天然生物材料的研究，人类得到了很多启示，开发出许多生物医学材料和新型工程材料。天然生物材料的主要组成为蛋白质，蛋白质分子的基本结构是由各种氨基酸〈己知有20种〉组成的长链，改变氨基酸的种类及排列次序，便可以合成千差万别、性能各异的蛋白质。蛋白质的合成决定于遗传基因，即RNA〈核糖核酸〉中每三个碱基对构成一个密码子，决定一种氨基酸[7]。在现代遗传工程研究中采用“基因定位突变技术”，可以改变某些碱基对的顺序和种类，以合成所需要的蛋白质，利用DNA技术直接“克隆”出天然生物材料己有报导。可见蛋白质有机材料不仅性能优越，而且易于调整和控制，因此将会作为功能材料和结构材料得到应用。目前，蛋白质材料己在生物芯片、生物传感器、神经网络计算机等领域派上用场[8]。 据统计，被详细研究过的生物材料迄今已超过一千多种，涉及到材料学科的各个领域，在医学临床上应用的就有几十种。用以和生物系统结合，以诊断、治疗或替换机体中的组织、器官或增进其功能的材料被称为生物医学材料〈Biomedical Materials〉[9]。根据材料的生物性能，可分为生物惰性材料(Bioinert Materials)与生物活性材料(Bioactive Materials)两大类。前者在生物环境中能保持稳定，不发生或仅发生微弱化学反应，后者则能诱发出特殊生物反应，导致组织和材料之间形成键接，或提高细胞活性、促进新组织再生。根据材料的组成又可分为：生物医学金属材料(Biomedical Metallic Materials)，生物医学高分子材料（Biomedical Polymer），生物陶瓷（Biomedical Ceramics），生物医学复合材料（Biomedical Composites），生物衍生材料(Biologically Derived Materials)等。生物医学材料要直接与生物系统结合，除应满足各种生物功能和理化性能要求外，还必须具有与生物体的组织相容性，即不对生物体产生明显的有害效应，且不会因与生物体结合而降低自身的效能和使用寿命。医学临床对所

仿生材料研究与进展 王一安 刘志刚

齐齐哈尔大学 综合实践课程论文 题目仿生材料研究进展 学院材料科学与工程学院 专业班级无机非金属材料工程无机112班 学生姓名王一安刘志刚 指导教师李晓生 成绩 2014年 5月9 日

仿生材料学研究进展 摘要：仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。 关键词：表面仿生超疏水材料、聚乙烯三元复合仿生材料、植物叶片仿生伪装材料、仿生层状结构壳聚糖医用材料 Abstract:The“biomimeticmaterialsscience”formedbytheintersectionofmaterialscien ceandlifesciencehasgreattheoreticalandpracticalsignificance.Biomimeticmaterialsscie ncetakesmaterialstructureandformationastarget,considersartificialmaterialattheviewof bio2material,exploresthedesignandmanufactureofmaterialfromtheangleofbiologicalfu nction.Atpresent,thehotresearchesonbiomimeticmaterialsscienceincludeshellbiomime ticmaterial,spidersilkbiomimeticmaterial,bonebiomimeticmaterial,andnano2biomimet icmaterial,etc.whichhavetheirownspecialmicro2structuralcharacteristics,formationstyl e,andbio2mechanicalproperties.Biomimeticmaterialsaredevelopingtowardscompound ,intellectual,active,andenvironmentaltendency,willbringrevolutionaryimprovementfor manufactureandapplicationofmaterial,andwillchangegreatlythestatusofhumansociety. Keywords:Bionics,Materialsscience,Review 1.前言 仿生材料学以阐明生物体材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作。仿生材料的当前研究热点包括贝壳仿生材料、蜘蛛丝仿生材料、骨骼仿生材料、纳米仿生材料等,它们具有各自特殊的微结构特征、组装方式及生物力学特性。仿生材料正向着复合化、智能化、能动化、环境化的趋势发展,给材料的制备及应用带来革命性进步。

《眼睛与仿生学--王谷岩》习题

眼睛与仿生学 1.下列加字注音全部正确的一组( ) A.着(zháo)陆范畴(chú)边缘(yuán) 曲(qū)面 B剥(bō)取回巢(cháo) 清晰(xī)散(sàn)射 C.奥(ào)秘圆弧(hú)角膜(mó)翱(áo)翔 D.背(bai)景机械(jia)改善(shàn) 嗅(xiù)觉 2.下列句子加点词语解释不当的一句( ) A.蛙眼对运动的物体简直是“明察秋毫 ．．”。(秋天鸟兽身上新长的细毛) B.人眼从外界获得的信息 ．．。(音信，消息) C.进一步完善这种技术装置，将可以用来自动控制宇宙飞船下降阶段的制导 ．．。(引导) D.老鹰眼睛的视野 ．．却比人眼广阔得多。(眼睛看到的空间范围) 3.下列句子中空缺的横线上应依次填入的词语，正确的一组。( ) 人眼可以______周围的景物，使人________自身的运动和位置状态，确定物体的距离、形状和_________大小。 A.对照感受相对 B.对比感受对应 C.对比感知相对 D.对照感知对应 4.说明文的语言讲究准确，下列对各句空缺处的选择正确的一项。( ) ①人眼从外界获得的信息，不仅比基他器官多得多，而且(a.差不多b.部分c.某些d.有些)是其他器官所不能获得的。 ②装有(a.改进b.改造c.发明d.改装)了的电子蛙眼的雷达系统，还有可能根据导弹飞行的特性，轻而易举地把真假导弹区分开来。 ③根据蛙眼的视觉原理，借助于电子技术，人们(a.如能制出b.改造了c.不断改进了d.制成了)多种“电子蛙眼”。 ④初步(a.测定b.估算c.计算d.测算)，这场泥石流共发168次，总量为18万多立方米。 A.①b②b③d④a B.①d②a③d④b C.①a③d③b④b D.①c②c③c④d 5.说明文的顺序常见有三种：时间顺序 (包括过程顺序)、空间顺序和逻辑顺序 (事理顺序)。下面几篇按以上三种顺序归类正确的一项是() ①《景泰蓝的制作》②《南州六月荔枝丹》③《蝉》 ④《人民英雄永垂不朽》⑤《眼睛与仿生学》⑥《一次大型的泥石流》 A.⑥②③④①⑤ B.③⑥④⑤①② C.⑥④②③⑤① D.①③⑥④①②⑤ 6.下列几种说法判断正确的一项() A.“仿生学”“感觉仿生学”“视觉仿生学”这三者的关系是种属关系。 B.《眼睛与仿生学》若按说明文写作特点分，是属于记叙性说明文。 C.作者在介绍各种眼睛的仿生价值时，除鹰眼外，其余都是先说眼睛的特点，再说仿生价值。 D.《眼睛与仿生学》一文的说明顺序是由一般到特殊，由简单到复杂，这样写的原因是人眼最重要，动物的眼睛则不然。 7.下列错别字最多的一项是() A.明察秋毫是而不见轻而一举狭窄范围 B.十分清浙明辨是非流连忘反探索奥密 C.稳妥着陆选择道路别具一格赞叹不已

仿生材料电活性聚合物_人工肌肉_的研究进展

仿生材料电活性聚合物/人工肌肉0的研究进展 李晓锋梁松苗李艳芳王永鑫徐坚* (高分子物理与化学国家重点实验室,中国科学院化学研究所,北京100080) 摘要:自古以来,自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。20世纪中期,人们越来越深刻认识到大自然的启发对于开发新材料和新技术的重要性,从而提出仿生学概念并建立仿生学这一学科。随 着研究的发展,仿生学已成为自然科学的一个前沿和焦点。进入21世纪以来,随着机器人开发的不断深入以 及人们对智能机械系统的强烈需求,作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生领域的研究 重点。电活性聚合物驱动器具有应变高、柔软性好、质轻、无噪声等特点,与肌肉有着极为相似的特性,甚至在 一些方面的性能已经超过了肌肉,被公认为是最合适的仿肌肉材料,称之为/人工肌肉0。近二十年来,在电活 性聚合物驱动材料方面取得的研究进展使得仿生的/人工肌肉0研究得以飞速发展。 关键词:仿生;人工肌肉;电活性聚合物;驱动器 引言 肌肉是生物学上可收缩的组织,具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自修复功能,一直以来就是研究者开发驱动器灵感的来源,人类很早就致力于仿生物肌肉的/人工肌肉0研发。上世纪50年代,M cKibben首次研制了气动驱动器,并发展成为商业上的Mc Kibben驱动器[1],但是作为人工肌肉材料,M cKibben驱动器体积大,而且受到辅助系统的限制。形状记忆合金也被尝试用作人工肌肉材料[2],与同时代的驱动材料相比,具有高能量密度和低比重等特点,但同样存在许多不利因素,如形变不可预知性,响应速度慢以及使用尺寸受限等,这些都制约了其在人工肌肉材料方面的发展。电活性陶瓷是人工肌肉的另一个备选材料,其响应速度较形状记忆合金快,但是脆性大,只能获得小于1%的应变[3]。由于受材料的限制,人工肌肉的研究一直出于缓慢发展阶段,直到一类新型材料)))电活性聚合物(Electroactive polymers,E AP)的出现。E AP可以产生的应变比电活性陶瓷大两个数量级,并且较形状记忆合金响应速度快、密度小、回弹力大,另外具有类似生物肌肉的高抗撕裂强度及固有的振动阻尼性能等[4]。EA P的出现给人工肌肉领域以新的冲击,从上个世纪90年代初开始,基于电活性聚合物材料的人工肌肉驱动器得到快速发展。 电活性聚合物驱动材料是指能够在电流、电压或电场作用下产生物理形变的聚合物材料,其显著特征是能够将电能转化为机械能。EA P开发应用可追溯到1880年,伦琴发现一端固定的橡胶条在电场下可以发生长度的改变[5]。之后在1925年压电聚合物被发现,但由于应变和做功很小,只被用作传感器[6]。1949年Katchalsky[7]发现胶原质纤维在酸碱溶液中可重复收缩和膨胀,这是聚合物材料的化学响应性首次被发现。1969[8]年,研究者发现PVD F材料具有较大的压电效应,人们开始把目光投向其它聚合物体系,之后大量具有铁电性质的电活性聚合物材料被开发出来。人工肌肉研究最大的发展发生在最近十几年,应变可以达到380%甚至更大的材料已被研制出[9]。随着E AP材料研究的不断深入和发展,其巨大的应用前景已呈现在人们面前。E AP材料可作为人工肢体和人造器官、内窥镜导管、供宇航员和残疾人用的增力外骨架以及制作机器人肌肉,可用于制造尺寸更加细小的器件用于基因工程来操作细胞。利用电活性聚合物可实现设备与器件的小型化,从而推动微电子机械技术的发展。目前国际上研究目标之一是制造/昆虫0机器人,可用于军事、医疗等领域。利用电活性聚合物模仿鱼尾作为推进器,可用于制 基金项目:国家自然科学基金(50425312,50521302,50673097),973项目(2007CB936400)和中国科学院方向性创新项目; *作者简介:李晓锋(1982-),男,博士研究生,从事凝胶电场驱动研究; *通讯联系人,E2mail:jxu@https://www.wendangku.net/doc/4c16119031.html,.

生物功能材料的研究进展

生物功能材料的研究进展 随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。 生物功能材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化”, “功能化”的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。 生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。 ﹙1﹚天然生物材料 天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。﹙2﹚合成生物材料 由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。 合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅