通常把仿照生命系统的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料。纳米仿生界面是通过研究生物材料表面的结构特点、构效关系,进而研发出类似或优于原生物材料的界面,进而引发了一种以化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉的新兴学科。地球上所有生物体都是由无机和有机材料组合而成。由糖、蛋白质、矿物质、水等基本元素有机组合在一起,形成了具有特定功能的生物复合材料。
纳米仿生界面
纳米仿生材料的表面。而仿生材料是模仿生物的各种特点或特性而研制开发的材料。
- 英文名称
- nanobionic interface
- 所属学科
- 化学
仿生界面具有多种优良特征,如复合特征、功能适应性、自愈合与自我复制功能、合成技术、多功能性、防粘减阻与疏水功能等,因此成为应用材料的研究热点。
①生物材料界面的物理和化学分析,以便更好地理解其结构的设计和性能。②直接模仿生物体进行的相关材料制备与开发。③利用生物加工技术制备材料,研究生物仿生界面的力学行为分析。④在模仿界面过程中,以所得到的结构、化学等新概念,进行新型合成材料的设计。⑤仿生界面和结构在新领域中的应用,如在机器人和航空结构等方面。⑥在生物的结构力学分析指导下,对现有界面结构设计的优化。⑦分析生物界面及结构在进化过程中设计标准。⑧模仿生物体进行的某些系统的开发,如超灵敏度机械接受器等(见图)。
在纳米仿生界面发展进程中,已经不断地向复合化、智能化、环境化和能动化的方向发展。但由于工程实施的复杂性,许多内容还处在摸索阶段。在生物力学和工程力学的衔接点上,还需要进一步的研究。从材料学的角度认识天然生物材料的结构和性能,进而抽象出更多的材料模型,这方面的工作还有待进一步深入,而仿生界面的设计制备方法则是摆在面前的一个关键性的课题。自然界中生物的结构是通过分子的自组装形成的集合体,利用大自然的启示,通过分子自组装行为构建复合材料的仿生结构,将为复合材料的仿生设计和仿生界面制备提供广阔的前景。仿生学将给材料的设计和制备带来革命性的进步,具有里程碑式的重要意义,将极大地改变人类社会的面貌。
纳米仿生界面材料已展示出激动人心的前景,此领域最终目标是在纳米水平制备功能性生物材料。探索生物纳米材料可以更好地理解生命科学与材料科学交叉领域的基本原理,材料的发展趋势是复合化、智能化、能动化、环境化,而仿生材料已具备上述特征。仿生材料学的发展和成果将影响到社会的各个角落,不仅为人体器官的置换和生物体系统的人为改良带来变革,而且将使材料的制备及应用产生革命性的进步,如利用生物合成技术在常温常压水介质中合成必须在高温高压恶劣环境中才能合成出的产品,且符合自愈合化、智能化和环境化的要求,这些将极大地改变人类社会的面貌。
条目图册
扩展阅读
- 江雷,冯琳.仿生智能纳米界面材料.北京:化学工业出版社,2007.