新型仿生材料的研究进展.pdfVIP

R W 卜=厶Z- 酣皇不 咖述 -_技珊 新型仿生材料的 一斫霓避瞧 摘要；仿生学是一门多学科的交叉学科，它融合了生命科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学 与力学以及系统科学等七大学科，材料的发展趋势是复合化、智能化、能动化、环境化，而仿生材料具有 这几方面的特征。本文综述了新型仿生材料的研究动态、仿生材料合成领域研究新进展、新型仿生材料的 未来前景。仿生材料目前的主要研究内容是仿照生物为适应内部与环境对其自身功能和结构的完美设计采 构造生物材料的方法，用以制备生物相容的医用材料或性能优异的工程材料。仿生材料学涉及面如此之广． 它的发展或成功将影响到社会的各个角落． 关键词；新型仿生材料；动态；合成材料；进展 006—8．3X(2009)06-0006—04 中图分类号：T1339文献标识码：A文章编号：1 ／ 》◆张文毓 一、前言 仿生学是一门多学科的交叉学科，它融合了生命科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力 学以及系统科学等七大学科，主要从事五个方面的研究：仿生工艺与力应用、材料仿生、仿生功能及控制、 人工智能高分子仿生。而仿生材料是人们受生物特性的启发而开发出的各种材料，从材料学韵角度可分为： 成分和结构仿生、过程和加工制备仿生、功能和性能仿生。 二、新型仿生材料的研究动态 自然界中有许多具有神奇功能的普通物质．如坚硬的鲍鱼壳、坚韧的蜘蛛丝、锋利的鼠牙等等。科学家 们试图解开这些物质的内在奥秘一它们是如何将最简单的原材料，经过有机合成后成为远胜于人工合成材料 的物质的，希望由此找到制造新的高级合成材料的途径。(11 软体动物外壳中的珍珠层一直以其杰出的力学性能备受关住。例如鲍鱼的贝壳主要由CaC03和少量生物 大分子构成，其硬度是普通CaC03晶体的2倍，韧性则为普通CaC03晶体的1000余倍。生物学告诉我们， 鲍鱼的食物只是海水中的尘土，也就是碳化钙(CaC2)，而研究人员在电子显微镜下观察发现，正是由于这 一层层的碳化钙才使鲍鱼壳具有了极为坚硬的外壳。极有规律排列的碳化钙靠化学键结合起来，决定了鲍鱼 壳的坚硬性，而由于这层碳化钙能在有机蛋白质上滑动，所以鲍鱼外壳虽然硬但并不脆，很有韧性，能在变 形变态之时也不破裂。于是，研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化钙分子之间，己初步研 制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具 有这种性能，就可以在遭到损害时自动感知并自行修复，所以，该产品在航空领域将会有极大的应用前景。 美国杜邦化学工业公司的研究人员对蜘蛛丝的特性进行了长期的研究，现已经成功地利用人造基因制备 了具有蜘蛛丝特性(包括结构、强度、化学性能)的蛋白质分子。研究人员取出蜘蛛的产丝腺体，查看制造 蜘蛛丝的蛋白质代码，在破译的基础上制成人工合成基因。将这种人造基因移植至酵母或细菌中，便生长出 一种球状材料。将这种蛋白质溶解在～种溶剂中，利用类似于蜘蛛吐丝的纺织技术制成纤维。这种新型纤维 传墓器世界2009．0G ◆ _w砒9科嵋o—删．∞m．∞ 万方数据 比尼龙和现有其它产品强度都高，更具弹性和耐磨性，而且 分子结构，制造出类似鲨鱼皮的高分子人造纤维，使新泳衣 质量也很轻，所以在飞机、人造卫星等航空航天领域大有用 大幅度减小了水的阻力。 武之地。加拿大魁北克的研究人员还将这种人工合成的蜘蛛 澳大利亚的研究人员还针对昆虫飞行不断扇动翅膀，连 蛋白质基因植入山羊的乳腺细胞中，基因被改变的山羊产出 接翅膀和身体的组织却无损伤等自然现象，发现这些现象其 的奶中就含有蜘蛛丝的蛋白