壁虎刚毛的动态自清洁机理及其微颗粒操控应用仿生研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51505501
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

This project aim at unrevealing self-cleaning mechanism of gecko seta array and its utilization for microsize particles smart manipulation. Gecko seta has series of properties include high adhesion, easy lifting, long fatigue life, and dry self-cleaning, attracted more and more attention among mechanical engineerings and materials scientists. Although bio-mimic gecko materials have strong adhesion, few of them show a high self-cleaning property as native gecko seta. The absence of self-cleaning property of biomimic materials limits their applicable conditions and usage life. The applicant’s previous research work reveals the adhesion forces between microparticles and surfaces increase corresponding with retraction velocities increasing in both air, nitrogen and aqueous solutions. For gecko seta, however, the adhesion forces does not increase that much as retraction velocities. The self-cleaning characteristic of gecko seta arrays is strongly regulated by the retraction velocities. The mechanism involved in it is still needed to be fully revealed. In this proposal, both theoretical and experiments will be performed to reveal the gecko unique self-cleaning property. By using atomic force microscope, analysis on retraction velocities vs adhesion forces between gecko seta arrays, single gecko seta and single gecko spatula on various substrates will be carried out. The dynamic self-cleaning mechanism of gecko can be revealed. We will also explore potential application about this self-cleaning materials to manipulate microparticles.
本项目旨在阐释壁虎刚毛的自清洁机理及探索其在微颗粒操控中的应用。壁虎刚毛除了具备强黏附,易脱附,可反复使用的性能外,还具有对微颗粒等污染物的自清洁特性,现有研究多关注壁虎刚毛仿生表面的强黏附性质,极少对其微颗粒自清洁性能进行仿生研究,而这种自清洁性能的缺失会严重影响仿生材料的使用范围及寿命。申请人的前期研究成果表明,微米小球与壁面的黏附力在空气、氮气和水中均与分离速度成正比,而壁虎刚毛末端的铲状薄板结构在与壁面的脱附过程中速度效应关联较弱,壁虎刚毛的微颗粒自清洁与脚掌和壁面的分离速度密切相关。这种剥离速度相关的自清洁机理亟待深入研究。本研究拟从实验与理论研究方面开展研究,利用原子力显微镜对多丛壁虎刚毛、单根刚毛和单根铲状薄板进行剥离速度效应的实验研究,并结合理论模型,揭示壁虎刚毛的动态脱尘自清洁机理,并可望为微颗粒操控的仿生研究提供新的思路。

结项摘要

本项目系统研究了单根壁虎刚毛,单根铲状触须,单根壁虎刚毛抓球系统的脱附力与分离速度的关系。试验发现,刚毛及铲状触须系统,其脱附力与分离速度关系不大。而微米小球脱附力随着脱离速度的增加,呈增加趋势,正是这种细微区别,让预先粘在壁虎刚毛上的小球,能够在壁虎快速移动的过程中,被壁虎刚毛轻易的甩掉。其接触的特定形状,是刚毛系统产生这种速度效应的根源。研究团队据此提出了新的干型自清洁机理,并根据此机理设计制备特定接触形状的仿生表面,可以自由的操控微米尺度小球抓起-移动-放下,摆出复杂图案,从而达到了微米尺度(1-100 μm)微颗粒操控目的,最新的工作通过模仿使用蒙拓土和羟乙基纤维素为原料制备出了高硬度耐冲击的仿生表面,其干性自清洁效率可以达到59%,并可以实现温度控制下的亲疏水微颗粒的定向筛分。本项目的成果未来有望在太空垃圾清理抓手、生物医学工程、油田压裂支撑剂设计等工程中发挥重要作用。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Temperature-induced Tunable Adhesion and Friction of Gecko Setae/Spatulae and their Bio-mimics
温度诱导的壁虎刚毛/刮刀及其仿生可调粘附和摩擦
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Materials Today: Proceedings
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Quan Xu;Xu Wu;Zhihang Wang;Travis S. Hu;Jason Street;Yan Luo;Zhenhai Xia
  • 通讯作者:
    Zhenhai Xia
Biomimetic self-cleaning surfaces: synthesis, mechanism and applications
仿生自清洁表面:合成、机理、应用
  • DOI:
    10.1098/rsif.2016.0300
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE ROYAL SOCIETY INTERFACE
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xu, Quan;Zhang, Wenwen;Xia, Zhenhai
  • 通讯作者:
    Xia, Zhenhai
Enhancement of the Wettability and Lubrication of Shale Rock via Nanoemulsions
通过纳米乳液增强页岩的润湿性和润滑性
  • DOI:
    10.1155/2017/7145698
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Polymer Science
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Quan Xu;Qingqiao Li;Xu Wu;Bofan Li;Erdong Yao;Yuan Li;Fujian Zhou;Yan Luo;Wei Cai
  • 通讯作者:
    Wei Cai
Tough Reversible Adhesion Properties of a Dry Self-Cleaning Biomimetic Surface
干燥自清洁仿生表面的坚韧可逆粘合特性
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b08501
  • 发表时间:
    2018-08-08
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Ming;Xu, Quan;Xia, Zhenhai
  • 通讯作者:
    Xia, Zhenhai
Effects of molecular-weight reduction on brittle-ductile transition and elastic yielding due to non-invasive gamma irradiation on polymer glasses
聚合物玻璃非侵入性伽马射线辐照分子量降低对脆性转变和弹性屈服的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Panpan Lin;Quan Xu;Shiwang Cheng;Xiaoxiao Li;Zhichen Zhao;Shuangyi Sun;Chao Peng;Abraham Joy;Shi-Qing Wang
  • 通讯作者:
    Shi-Qing Wang

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    --
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    --
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  • 通讯作者:
    林蓉

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基于刚度梯度分布的仿壁虎刚毛表面制备与异型颗粒操控研究
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    2018
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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