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自然界的啟示:仿生學(xué)中的微納3D打印

更新時(shí)間:2023-10-12點(diǎn)擊次數(shù):892

自然界包羅萬(wàn)象,給予了人類(lèi)無(wú)限的啟發(fā)。在物競(jìng)天擇,適者生存的自然規(guī)律下,孕育出種類(lèi)繁多的生物體,在萬(wàn)物漫長(zhǎng)生長(zhǎng)過(guò)程中,人們善于研究生物體的結(jié)構(gòu)與功能,根據(jù)生物習(xí)性、生長(zhǎng)規(guī)律、結(jié)構(gòu)特征、防御策略等發(fā)明創(chuàng)造出兼具復(fù)雜結(jié)構(gòu)且精巧實(shí)用的技術(shù),仿生學(xué)(Bionics)應(yīng)運(yùn)而生。

仿生學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科,是指人們通過(guò)分析生物體的結(jié)構(gòu)與功能工作原理,模仿生物體的結(jié)構(gòu)、功能、行為或機(jī)制,設(shè)計(jì)出新的設(shè)備、工具和科技,以此達(dá)到特定目標(biāo)并解決特定問(wèn)題,它們被廣泛用于醫(yī)療、航天航空、建筑、環(huán)境、材料等領(lǐng)域,卓有成效地解決了人類(lèi)在生產(chǎn)、科研、生活等遇到的難題。

01 師法自然,PµSL技術(shù)與仿生學(xué)

發(fā)展至今,仿生學(xué)逐漸進(jìn)步到更精密的行業(yè)應(yīng)用,我們可以看到利用蜜蜂飛行方式發(fā)明出的蜜蜂機(jī)器人,可任意穿梭于狹窄空間,協(xié)助人類(lèi)執(zhí)行災(zāi)區(qū)等危險(xiǎn)環(huán)境檢測(cè);利用荷葉的超級(jí)疏水性設(shè)計(jì)出的自清潔表面材料,可有效解決能源消耗難題。另外,還有用于醫(yī)療行業(yè)的人工耳蝸、仿生眼、可穿戴的仿生軟體機(jī)器人等。仿生學(xué)在生物醫(yī)療、超材料、微機(jī)械、微流控、新能源、新材料、安全防控等應(yīng)用方向,不斷開(kāi)創(chuàng)了更具前瞻性和科技力的發(fā)展領(lǐng)域。

摩方精密在仿生學(xué)應(yīng)用有著豐富的科研經(jīng)驗(yàn),在研究生物體結(jié)構(gòu)與特性之間的相關(guān)性中,設(shè)計(jì)制備出具有該特性的結(jié)構(gòu)和材料,通過(guò)面投影微立體光刻(PµSL)技術(shù),可完成復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的快速成型制作,摩方精密制備出的仿生結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于超材料、微流控器件、生物醫(yī)療、微機(jī)械、微納光學(xué)器件、新能源等眾多領(lǐng)域。

02 客戶(hù)案例,PµSL技術(shù)助力科研新突破

在仿生學(xué)領(lǐng)域,摩方精密已與眾多科研機(jī)構(gòu)合作完成了多項(xiàng)科研成果。

①香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)團(tuán)隊(duì)

香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授及其合作者借鑒南洋杉葉片多重懸臂結(jié)構(gòu)特征,利用摩方精密nanoArch® S140設(shè)備制備了仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面,通過(guò)建立3D固/液界面交互作用,實(shí)現(xiàn)流體運(yùn)動(dòng)方向的自主選擇。其研究成果以“3D capillary ratchet-induced liquid directional steering”為題發(fā)表在國(guó)際期刊Science上。

論文鏈接https://www.science。。org/doi/10.1126/science.abg7552

②中國(guó)科學(xué)院吳晅團(tuán)隊(duì)

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院吳晅課題組受爬巖魚(yú)吸附現(xiàn)象的啟發(fā),研制了一款邊緣具有分層微結(jié)構(gòu)的仿生吸附器件,通過(guò)摩方精密nanoArch® S140打印系統(tǒng)和膠體球刻蝕技術(shù)制造了具有不同仿生特征的仿生吸盤(pán),順利驗(yàn)證了微結(jié)構(gòu)形狀和規(guī)模、表面粗糙度和邊緣材料對(duì)仿生吸盤(pán)粘附力的影響。

論文鏈接:https://doi.org/10.3390/biomimetics7040202

③香港城市大學(xué)陸洋團(tuán)隊(duì)

香港城市大學(xué)陸洋教授課題組研究海螺殼交錯(cuò)層狀微納結(jié)構(gòu),觀(guān)測(cè)其內(nèi)部的軟-硬界面可在保證有效能量吸收的同時(shí)合理調(diào)控生成裂紋的走向,受此啟發(fā)提出了一種的機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)長(zhǎng)程周期性概念。利用摩方精密nanoArch® P130, S140超高精度3D打印系統(tǒng),協(xié)助團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了仿生機(jī)械超材料單元在微米尺度的高分辨制備。

論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c12297

④西南科大李國(guó)強(qiáng)/海河實(shí)驗(yàn)室曹墨源

西南科技大學(xué)微納仿生系統(tǒng)與智能化研究團(tuán)隊(duì)李國(guó)強(qiáng)教授與海河實(shí)驗(yàn)室曹墨源研究員合作,受魚(yú)刺微油滴操控功能、水稻葉表面各向異性液滴滑動(dòng)現(xiàn)象啟發(fā),利用摩方精密nanoArch® S140、P150技術(shù)制備了一種多仿生槽錐刺結(jié)構(gòu)(BGCS),可實(shí)現(xiàn)水下油滴的逆重力高效運(yùn)輸與收集。

論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202201035

⑤湖南大學(xué)王兆龍團(tuán)隊(duì)

湖南大學(xué)王兆龍課題組觀(guān)察到自然界的樹(shù)木依靠其的根莖系統(tǒng),可以從很深的土壤里吸取水分,利用毛細(xì)力向上運(yùn)輸?shù)饺~片中進(jìn)行光合作用?;诜律?yáng)能蒸發(fā)器優(yōu)秀的蒸發(fā)性能與液體輸運(yùn)能力,研究人員將其應(yīng)用在污水降解及海水淡化等方面。在摩方精密nanoArch® P140設(shè)備支持下,成功制備了仿生微通道及水凝膠蒸發(fā)器樣品,從而協(xié)助團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)富含碳納米顆粒的多孔水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及仿生微通道的復(fù)合蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)。

論文鏈接:https://doi.org/10.1002/solr.202101063

創(chuàng)新不限,探索不止,自然界給了人類(lèi)無(wú)限的想象力空間,讓我們串聯(lián)起生物與科技的橋梁。和諧共生,科技向善,人們要做的不是征服自然,而是利用大自然賦予的神秘力量,攫取更多靈感解決現(xiàn)實(shí)世界中的各種問(wèn)題,推動(dòng)人類(lèi)走向更高的文明。

備注:已獲得轉(zhuǎn)載版權(quán)