纳米仿生材料

1、仿生智能纳米界面 材料概述,专题二,1. 仿生智能纳米界面材料的设计思想,1.1 生物启发的理念,生命中与智能相关的科学问题无处不在，参与的生物体的器官也遍及全身。在生物体中，对外界刺激的响应及各种生命过程的实现都是基于生物大分子内或分子间相互作用的改变。,a. 嗅觉,b. 视觉,c. 听觉,生命体中特殊机能的智能化大多与微观结构密切相关，向自然学习，就是认识和模拟生物体特殊的微观结构与其优异性能的关系,1.2. 自然界中的微观结构与宏观性能的统一,1.2.1 特殊的表面性能,1.2.2 生物体的结构颜色,1.2.4. 先进的光学系统,1.3.1 天然生。

2、仿生材料的研究现状及应用,1.研究背景及意义 2. 仿生材料的原理 3.仿生材料学的研究内容 4.仿生材料研究现状及发展前景 5.结论 6.参考文献,4.仿生材料研究现状及发展前景4.1仿生材料学研究现状 4.1.1 根据生物材料的优良特征进行仿生研究4.1.2仿生材料设计及制备4.2仿生材料学发展前景 5.结论 6.参考文献,4.1仿生材料学研究现状,材料科学技术与生物技术、信息技术和能源技术一起成为现代社会文明发展的四大支柱. 国际上对天然生物材料及仿生材料研究的重视始于20 世纪80 年代。目前, 国际上一流大学都已把生物材料放在优先发展的地位。 中。

3、表面织构化,2,主要内容：,表面织构 自然界特殊表面及仿生制备 电化学沉积 前景展望,3,1. 表面织构：,表面织构（Surface texture）是指在表面通过一定的加工技术加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕、凸包或微小沟槽等图案的点阵。,表面织构化包括: 仿生特种功能表面 和 图案化微结构,4,2.自然界特殊表面及仿生制备,生物体中特殊的微米结构、纳米结构可赋予其特殊的表面性能。例如：荷叶、水黾、壁虎、鲨鱼,5,2.1 荷叶：出淤泥而不染,微米与纳米结构相复合的阶层结构,6,2.1 荷叶：出淤泥而不染,7,2.2 壁虎：壁虎漫步，又酷又浪漫,SEM图像。

4、第三章 纳米材料的仿生合成,材料的仿生合成： 结构仿生 功能仿生 过程仿生,仿生矿化材料无机纳米材料的仿生合成（软模板法）复合纳米材料,这些美丽的画中是什么?,珊瑚,贝壳 （生物矿化材料）,生物矿化材料 = 矿物质 + 有机基质（多糖、蛋白等） 如 骨，牙 = 羟基磷灰石(纳米)+胶原蛋白，磷蛋白 胶原蛋白一类糖蛋白，水溶性差作用：构成矿化组织的支持结构磷蛋白可溶性蛋白,富含天冬氨酸,磷酸丝氨酸,与Ca2+结合力强 作用：引起和指导矿化,不溶性多糖几丁质和蛋白质富有天冬氨酸等酸性氨基酸的可溶蛋白,珍 珠 = 碳酸钙 + 有机基质,(壳角蛋白。

5、仿生材料发展概况及前景展望,仿生材料概述,1.1 仿生材料起源20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。 20世纪60年代，美国科学家J.steele在第一次仿生讨论会上(1960年9月)正式提出了仿生学的概念，于是仿生学作为一门独立的学科正式诞生。 20世纪80年代以来，生物自然复合材料及其仿生的研究在国际上引起了极大重视，目前正在逐步形成新的研究领域。,1.2 仿生材料概念仿生学（bionics）是研究生物系统的结构和特征、并以此为工程技术提供新的设。

6、,Chapter 6,Biomaterials and Biomimetic Materals,生物材料与仿生材料,6.1 生物医用（复合）材料 6.2 组织工程材料 6.3 生物陶瓷 6.4 仿生复合材料,J,J,J,J,本章主要内容,6.1 生物医用（复合）材料,6.1 .1 生物材料的定义与分类 6.1.2 生物医用材料的性能与分类 6.1.3 医用金属材料 6.1.4 医用高分子材料 6.1.5 无机生物医学材料,J,J,J,J,J,6.1 .1 生物材料的定义与分类,生物材料（Biomaterials）泛指一切与生物体相关的应用性材料或由生物体合成的材料。按其应用可分为生物医用材料（Biomedical Materials）和与生物合成有关的应用材料。

7、天然蜘蛛丝仿生材料,SW Cranford et al. Nature 482, 72-78 (2012),一、天然蜘蛛丝介绍 1.1、天然蜘蛛丝的组成与结构 1.2、蜘蛛丝的特点与应用 二、天然蜘蛛丝仿生学及仿生材料2.1、蛋白基因仿生生物表达法2.2、链段及二次结构仿生化学合成法2.3、微观结构仿生物理复合法2.4、金属元素仿生渗透注入法蜘蛛丝改性 三、天然蜘蛛丝仿生学与仿生材料的展望,目录,1.1 天然蜘蛛丝的组成与结构,自然条件下，蜘蛛网主要由捕捉丝、径向丝以及圆周丝三种类型的丝构成，捕捉丝蛋白在蜘蛛的鞭毛腺体中合成，而径向丝和圆周丝蛋白则在蜘蛛的壶腹腺中合成。

8、蜘蛛丝仿生材料,报告人：熊鑫,天然蜘蛛丝结构、功能及应用。,天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料，属于一种生物弹性体纤维，它是自然界产生最好的结构和功能材料之一。表1列出了天然蜘蛛丝和其它几种典型材料的力学性能，通过比较可以发现，天然蜘蛛丝优良的综合性能，特别是其高比强度(约为钢铁的5倍)、优异弹性(约为芳纶的10倍)和坚韧性(断裂能180MJ/m3为各材料中最高)是其它天然纤维与合成纤维所无法比拟的。,天然蜘蛛丝结构、功能及应用。,1.1 天然蜘蛛丝显示出特别的扭转形状记忆效应,当蜘蛛丝被扭转到其它准平。

9、利用“荷叶效应”生产新型隔离霜,目录,荷叶效应,滴落在荷叶上的水会自动聚集成一个个自由滚动的水珠滚离叶面， 水珠在滚离中还能把落在叶面上的尘土 污泥粘吸带走， 使叶面始终保持干净， 这就是著名的“荷叶自洁效应”,为什么？,荷叶效应,荷叶表面微观结构,非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构,在荷叶叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”，它上面长满绒毛,在山包 顶又长出了一个个馒头状的 碉堡。

10、,仿生材料（Biomimetic Materials） 东华大学材料学院 邵惠丽 松江校区第五学院楼C566,材料开发的新思路,天然可再生资源的利用, 源源不绝、环境友好、低碳发展的概念多从自然界动植物中寻求灵感从事绿色材料、仿生材料的研究,预备知识：高分子材料成型原理、材料学及生物学的基本知识。课程学习目的与要求：本课程将在介绍自然界中生物的结构、功能或行为过程等的基础上，进一步介绍近年来国内外研究人员受生物启发（Bio-inspired）或模仿生物（Biomimetic）的各种特性而开发的仿生材料及其研究进展，使学生初步了解仿生材料领域国内外的。

11、,药物输送机理 纳米药物控释 缓释药物载体 靶向药物载体 智能药物载体,纳米药物载体,纳米药物释控 药物的控制释放 药物的控制释放是指藉由适当的药物传输方式，将药物适时、适量地应用到给定目标，并且在传输过程中避免药物的分解及不必要的预期外效应。 通常，从药物的形式以及效能发挥特点等出发，人们将药物剂型基本分为四代：,第一代为膏丹丸散； 第二代为片剂和注射剂及胶囊与气雾剂等； 第三代则为缓释和控释剂型； 第四代药物新剂型是靶向给药系统。,人体组织,人体的基本构造和机能,细胞：60100,组织：上皮组织，神经组织 上皮细胞。

12、仿生材料,山东大学机械工程学院,生物材料,人工肾,生物材料,人造关节,由自然界产生的或由人工制造的具有生物功能、生物活性，或与生物体相溶的材料，被笼称为仿生材料。,仿生材料,天然生物材料,如结构蛋白、生物软组织、生物复合纤维及生物矿物等。,人造生物医用材料,包括一些人造器官、人体植入材料、组织工程材料等。,仿生材料学是指从分子水平上研究生物材料的结构特点、 构效关系，进而研发出类似或优于原生物材料的一门新 兴学科，是化学，生物学，材料学，物理学等学科的交叉。,仿生材料学的研究内容,我们在现实生活中接触过许多动物。

13、纳米材料学周惠敏1内容纲要z 5.1 仿生材料学z 5.2 纳米仿 生 材料纳米仿 材料25.1 仿生材料学5.1.1 仿生学材料学的提出仿生学 ： Bionics1960年 9月 J.Steele正式提出了仿生学的概念，即模仿生物系统的原理来建造技术系统 或使人造技术系统具有或类似于：，生物系统表征的科学。最早的仿生学侧重神经细胞 感知器官的研究 近 20年来、 ； 近 ，人们成功地把木、骨和韧带的力学性能及其结构应用到聚合物和复合材料等方面 。 对仿生学的研究不再局限在细胞 、 电 、。 、 电 、磁等方面，已扩展为一个涉及面广的学科。仿生材料学是仿生学在材。

14、仿生材料,2013.12.10,一、仿生学仿生学(Bionics)：模仿生物系统的结构、形状、 原理、行为以及相互作用，建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。仿生学是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。,仿生材料（Bio-inspired）：受生物启发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功。