可逆/不可逆变色甲虫构色机制及可变色复合材料仿生耦合机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31672348
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0403.动物生理与行为
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The project intends to meet the application prospect of iridescent effect using in the display, decoration and security fields by its advantages of iridescent color structure that non-fading, durable and high color saturation, so reversible and irreversible color-changing beetles are set as research object. Compared beetles’ life habit and living environment, the relationships with their color features and behaviors of color change are explored. Micro computed tomography (Micro-CT) technology, nanoindentation mechanism, etc. analysis method are used to investigate the relationships between their color mechanism and coupling elements (nanomechanical properties, microstructure and composition of reversible and irreversible discoloration beetles) during process of color changing. Combined with the living environment and potential predators’ visual system, structural optical theory and methods are used to find the colorization mechanism. To establish the biomimetic coupling mechanism of the color-tunable composite material, which will provide theoretical foundation for the design of the biomimetic color-tunable composite material. Using 3D printing technology to test the design of biomimetic color-tunable composite materials and to explore the methods of realization. The key technology of biomimetic design and fabrication of color-tunable composite materials are proposed, systematic biomimetic design theory and methods of color-changing composite are be provided, and which will be significance to the further development of the theory and technology of smart materials.
本项目针对甲虫虹彩效应具有的不褪色、耐久和色彩饱和度高等优点及其在显示、装饰、防伪等领域的应用前景,以可逆/不可逆变色甲虫为研究对象,探讨其生活习性和生存环境与其体色特征、变色行为的关系;运用Micro-CT技术、纳米力学理论等方法,研究变色过程中可逆/不可逆变色甲虫的纳米力学性能、微观结构、组成成分等生物耦元与其构色关联性;以结构光学理论和方法为手段,结合其生存环境光学特性和潜在掠食者视觉系统,集成这些生物耦元建立光学结构计算模型进行光学模拟分析,揭示可逆/不可逆变色甲虫的构色机制,建立可变色复合材料仿生耦合机理,为仿生可变色复合材料的设计奠定理论基础;利用3D打印技术进行仿生可变色复合材料设计的试验验证并探索实现手段,提出可变色复合材料仿生设计和制备的关键工艺技术,形成系统的可变色复合材料仿生设计理论和技术方法,对进一步发展智能材料理论与技术具有重要意义。

结项摘要

变色材料作为一种智能材料,因其在警示、伪装、防伪、装饰等方面的功能已被应用于工业、纺织、印刷、建筑、航空航天、军事等领域,具有广泛的应用前景。甲虫鞘翅不仅具有轻质高强特性且可结构变色,这为设计结构变色材料提供了仿生灵感。本项目以多角度变色甲虫豆蓝丽金龟(Popillia indgigonacea Motsch)、不可逆变色甲虫紫茎甲(Sagra femorata purpurea Lichtenstein)和可逆变色甲虫美东白兜(Dynastes tityus)为研究对象,探索其内部结构特性和力学性能及其与光学性能的关系,揭示了其构色机制,利用耦合仿生理论和光学理论开展了具有轻质高强特性的结构变色材料的设计和研究,采用旋涂-自流平方法进行了仿生湿度致变色材料的制备和探索工作,对进一步发展智能材料理论与技术具有重要意义。已公开发表14篇学术论文,其中SCI收录12篇,EI收录2篇。已申请国家发明专利2件,获得授权国家发明专利2件、实用新型专利6件。培养博士、硕士生6名。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(10)
Relationship of hydration and nanomechanical characteristics of beetle cuticle
甲虫角质层水合作用与纳米力学特性的关系
  • DOI:
    10.1680/jbibn.16.00042
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Z. J.;Wu W.;Tong J.;Sun J. Y.
  • 通讯作者:
    Sun J. Y.
Asian ladybird folding and unfolding of hind wing: biomechanical properties of resilin in affecting the tensile strength of the folding area
亚洲瓢虫后翅的折叠和展开:节肢弹性蛋白的生物力学特性影响折叠区域拉伸强度
  • DOI:
    10.1007/s10853-019-04326-6
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Song, Zelai;Yan, Yongwei;Sun, Jiyu
  • 通讯作者:
    Sun, Jiyu
Nanomanufacturing of bioinspired surfaces
仿生表面的纳米制造
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2018.08.007
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    TRIBOLOGY INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Sun, Jiyu;Bhushan, Bharat
  • 通讯作者:
    Bhushan, Bharat
A review of beetle hindwings: Structure, mechanical properties, mechanism and bioinspiration
甲虫后翅综述:结构、机械性能、机制和生物启发
  • DOI:
    10.1016/j.jmbbm.2019.02.031
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Sun, Jiyu;Liu, Chao;Bhushan, Bharat
  • 通讯作者:
    Bhushan, Bharat
Bio-inspirations for the development of light materials based on the nanomechanical properties and microstructures reversible color-changing beetle Dynastes tityus
基于纳米力学特性和微观结构可逆变色甲虫Dynastes tityus开发轻质材料的生物灵感
  • DOI:
    10.1007/s42235-019-0014-7
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Jounral of Bionic Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Sun J. Y.;Wu W.;Song Z. L.;Tong J.;Zhang S. J.
  • 通讯作者:
    Zhang S. J.

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其他文献

牛角外壳静态及动态纳米力学特性研究
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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    --
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾洪雷;王悦明;张志君;孙霁宇
  • 通讯作者:
    孙霁宇
臭蜣螂鞘翅的一维本构方程及黏弹性模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贾洪雷;王悦明;张志君;孙霁宇
  • 通讯作者:
    孙霁宇
东方蝼蛄前足爪趾结构与表皮纳米力学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙霁宇;高吭;佟金
  • 通讯作者:
    佟金

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孙霁宇的其他基金

迁飞性甲虫可折叠后翅自锁-形变作用机制及柔性仿生可折叠翼系统研究
  • 批准号:
    31970454
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相似国自然基金

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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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