基于共价-非共价交织生物基聚酯的结构仿生与自修复驱动器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51873123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0307.智能与仿生材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is a frontier issue in the field of materials science to enrich the locomotion forms of smart actuators by structural bionics for the demand of their multifunctional applications under complicated conditions. However, it is a challenge to shape and reprocess complex bionic structures due to the harsh processing conditions of existing actuator materials. This project is proposed to design and synthesize a biopolyester with hydrogen bonding induced crystalline structure and covalent-noncovalent dual network structure, which is expected to show shape programmable and reprocessing performance at ambient temperature. This work would solve the key problem that it is difficult to shape low-melting-point polymer with low melt strength. And on this basis, we would fabricate a variety of bionic structured smart actuators through mimicking the geometric structure of natural organisms and ambient temperature processing. The covalent-noncovalent dual crosslinking network is expected to endow the biopolyester with excellent mechanical properties and fast self-healing ability at ambient temperature, which would solve the key issue that noncovalent crosslinked self-healing materials usually have poor mechanical performance. In addition, the moisture induced actuation properties of the biopolyester actuator under the influence of crystalline structure and dual network structure would be studied, and the locomotion forms of bionic structured actuator would also be explored. The resulted self-healing, bionic structured actuators with ambient temperature processability would extend their multifunctional applications under complicated conditions, such as biomedicine, aerospace, etc.
通过结构仿生赋予智能驱动器丰富的驱动形式,满足复杂条件下的多功能化应用需求是材料科学领域的前沿问题,但受现有驱动材料苛刻的加工条件限制,难以实现复杂仿生结构的加工成型及二次加工。本项目拟设计与合成具有共价-非共价交织结构的生物基聚酯,基于氢键诱导结晶结构与共价交联网络的协同作用,实现其室温可塑与二次加工,解决低熔点聚合物熔体强度低、难以加工成型的共性关键问题;并通过对自驱动生物体的几何结构仿生,室温加工制备多种仿生结构智能驱动器。通过调控共价-非共价交织结构赋予驱动材料优良的力学性能与室温、快速自修复性能,解决非共价键交联自修复材料力学性能差这一关键难题。阐明共价-非共价交织结构与主链结晶结构对生物基聚酯湿度驱动性能的协同调控机制,以及仿生结构对材料湿度驱动行为的影响规律,集成室温加工结构仿生、自修复与智能驱动响应等功能,拓展智能驱动器在生物医药、航空航天等复杂条件下的多功能化应用。

结项摘要

柔性智能驱动器是一类能够通过改变自身形状、体积、模量等对外界刺激做出响应的智能材料。通过模仿自然界生物的三维形状多样性,可赋予柔性驱动器丰富的运动方式和结构功能稳定性;然而,这些复杂结构驱动器的三维几何形状成型及重构仍然是个巨大挑战,极大限制了软体驱动器的多功能应用。针对上述瓶颈问题,本项目设计合成了具有共价-非共价交织结构的生物基聚酯,基于氢键诱导结晶结构与共价-非共价交联网络的协同作用,实现其室温可塑与二次加工,解决低熔点聚合物熔体强度低、难以加工成型的关键难题。阐明了共价-非共价交织结构对材料自修复性能与力学性能的影响机制,突破了非共价键交联自修复材料力学性能差这一共性问题。通过对生物体的几何结构仿生,室温加工制备了多种仿生结构智能驱动器,并采用有限元力学分析揭示了仿生结构对材料智能驱动行为的影响规律,为结构仿生自修复驱动器的多功能化应用奠定基础。相关研究成果在Adv. Mater., Nat. Commun., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Nano Lett., Adv. Sci., Small, Chem. Mater., Mater. Horiz., Nano Energy, Biomacromolecules等重要学术期刊发表SCI论文40篇,4篇论文入选ESI高被引论文;申请中国发明专利2件,授权1件;培养博士研究生2名,硕士研究生5名。作为3个执行主席之一成功组织了2020年可逆交联高分子学术论坛,在中国化学会年会、全国高分子学术论文报告会等重要会议做邀请报告10余次。项目按任务计划认真执行,深入研究共价-非共价交织结构调控制备具有优良力学性能与室温成型、自修复性能的智能驱动材料相关基础问题,取得重要创新性研究成果,全面出色地完成了预期目标。

项目成果

期刊论文数量(40)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Scalable-Manufactured Self-Healing Strain Sensors Based on Ions-Intercalated Graphene Nanosheets and Interfacial Coordination
基于离子插层石墨烯纳米片和界面协调的可扩展制造的自修复应变传感器
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b06208
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yumeng Tang;Quanquan Guo;Zhenming Chen;Xinxing Zhang;Canhui Lu;Jie Cao;Zhuo Zheng
  • 通讯作者:
    Zhuo Zheng
Bioinspired Multi-Stimuli Responsive Actuators with Synergistic Color- and Morphing-Change Abilities.
具有协同颜色和变形变化能力的仿生多刺激响应执行器
  • DOI:
    10.1002/advs.202101295
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li X;Liu J;Li D;Huang S;Huang K;Zhang X
  • 通讯作者:
    Zhang X
Strong, Healable, Stimulus-Responsive Fluorescent Elastomers Based on Assembled Borate Dynamic Nanostructures
基于组装硼酸盐动态纳米结构的强效、可修复、刺激响应荧光弹性体
  • DOI:
    10.1002/smll.202107164
  • 发表时间:
    2022-02-11
  • 期刊:
    SMALL
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Qiu, Xiaoyan;Cui, Qinke;Tian, Ming
  • 通讯作者:
    Tian, Ming
Melt-processed poly (vinyl alcohol)/corn starch/nanocellulose composites with improved mechanical properties
具有改进机械性能的熔融加工聚(乙烯醇)/玉米淀粉/纳米纤维素复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2021.06.011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Biological Macromolecules
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Peng Zhou;Yongyue Luo;Zhen Lv;Xunwen Sun;Yongqiang Tian;Xinxing Zhang
  • 通讯作者:
    Xinxing Zhang
Self-Healing and Reconfigurable Actuators Based on Synergistically Cross-Linked Supramolecular Elastomer
基于协同交联超分子弹性体的自修复和可重构执行器
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c11708
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Xiaoyan Qiu;Quanquan Guo;Yuyan Wang;Guangsu Huang;Jie Cao;Zhuo Zheng;Xinxing Zhang
  • 通讯作者:
    Xinxing Zhang

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  • 通讯作者:
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电液双缸系统同步控制
  • DOI:
    10.11832/j.issn.1000
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张 兵;蒋子良;黄 华;蔡佳敏;谢昌昊;张新星;钱鹏飞
  • 通讯作者:
    钱鹏飞
2011-2015年苏州地区儿童难治性肺炎支原体肺炎流行病学分析
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    10.13407/j.cnki.jpp.1672-108x.2019.08.003
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    2019
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张新星;顾文婧;陈正荣;何燕玉;郝创利;严永东;朱灿红;王宇清;黄莉;季伟
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    季伟
电针对自由运行状态小鼠SCN内Cry基因表达的影响
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    魏铮;宋开源;赵纪岚;张新星;彭晓华;周奇志;薛红;蔡定均;刘旭光;魏焦禄
  • 通讯作者:
    魏焦禄
从四总穴探讨经脉的体表特异性联系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Chinese Archives of Traditional Chinese Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨馨;周奇志;蔡定均;杨慎峭;张新星;刘旭光
  • 通讯作者:
    刘旭光

其他文献

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张新星的其他基金

基于界面氢键与机械互锁结构协同调控的强韧化自修复材料研究
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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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