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中國科大研制一種可替代塑料的仿生可持續結構材料
塑料制品給現代生活帶來極大便利的同時，也正造成嚴重的環境問題。大多數塑料來自于石油產品，由于其極端的穩定性，廢棄后在環境中長時間也難以降解，最終造成持續性的環境污染問題。研發一系列可持續的高性能結構材料，以部分替代石油基塑料，是該問題最有希望的解決方案之一。現有的生物基可持續結構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產規模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結構設計來制造新型的可持續高性能結構材料將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續材料替代不可降解塑料的進程。近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊將仿生結構設計理念運用于高性能生物基結構材料的研制，發展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現了具有仿生結構的高性能可持續材料的規模化制備。通過這種定向變形組裝方法，團隊成功地將纖維素納米纖維（CNF）和二氧化鈦包覆的云母片（TiO2-Mica）復合制備了具有仿生結構的高性能可持續結構材料。所獲得的結構材料具有比石油基塑料更好的機械和熱性能，有望成為石油基塑料的替代品。該工藝過程宜于放大，產品具有良好的可加工性和豐富多變的色彩和光澤，使其可以作為一種更加美觀和耐用的結構材料有望替代塑料。 該材料具有仿珍珠母的結構設計，這種仿生設計有效地改善了材料的力學性能。珍珠母所具有的磚-泥結構，使其可以基于普通的天然物質構筑高性能的材料，并兼具高強度和高韌性的優良特性。研究人員通過多尺度的仿生結構設計和表面化學調控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續結構材料。二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結構中的磚塊，一方面為結構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉等仿生結構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續材料替代現有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。
中國科學技術大學
2021-02-01
中國科大研制一種可替代塑料的仿生可持續結構材料
項目成果/簡介:塑料制品給現代生活帶來極大便利的同時，也正造成嚴重的環境問題。大多數塑料來自于石油產品，由于其極端的穩定性，廢棄后在環境中長時間也難以降解，最終造成持續性的環境污染問題。研發一系列可持續的高性能結構材料，以部分替代石油基塑料，是該問題最有希望的解決方案之一。現有的生物基可持續結構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產規模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結構設計來制造新型的可持續高性能結構材料將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續材料替代不可降解塑料的進程。近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊將仿生結構設計理念運用于高性能生物基結構材料的研制，發展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現了具有仿生結構的高性能可持續材料的規模化制備。通過這種定向變形組裝方法，團隊成功地將纖維素納米纖維（CNF）和二氧化鈦包覆的云母片（TiO2-Mica）復合制備了具有仿生結構的高性能可持續結構材料。所獲得的結構材料具有比石油基塑料更好的機械和熱性能，有望成為石油基塑料的替代品。該工藝過程宜于放大，產品具有良好的可加工性和豐富多變的色彩和光澤，使其可以作為一種更加美觀和耐用的結構材料有望替代塑料。 該材料具有仿珍珠母的結構設計，這種仿生設計有效地改善了材料的力學性能。珍珠母所具有的磚-泥結構，使其可以基于普通的天然物質構筑高性能的材料，并兼具高強度和高韌性的優良特性。研究人員通過多尺度的仿生結構設計和表面化學調控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續結構材料。二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結構中的磚塊，一方面為結構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉等仿生結構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續材料替代現有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。
中國科學技術大學
2021-04-11
金屬卟啉仿生催化氧化合成含氧有機化學品
含氧有機產品如己內酯、環氧環己烷均是重要的有機合成中間體。己內酯主要用于合成聚己內酯和與 其它酯類共聚或共混改性，其中聚己內酯具有獨特的生物相容性、降解性以及良好的滲透性，在環保和醫 用材料方面具有廣泛的應用。環氧環己烷開環反應可制備大量中間體，是合成鹽酸苯海索、農藥三環錫、 克螨特、1,2-環己二醇、聚碳酸酯等的重要原料，廣泛應用于醫藥、農藥、固化劑、增塑劑等領域。由于 己內酯和環氧環己烷的合成存在生產的安全性和產品的穩定性等方面的難題，因此其合成技術難度大，目 前只有美、英、日等國的很少幾家公司在生產，而我國主要依靠進口。 仿生催化氧化技術就是模擬血紅素的活性中心結構，通過設計合成與酶結構相似的化合物，模擬與酶 催化反應相似的反應歷程，實現溫和條件下的催化氧化過程。本技術以氧氣為氧化劑，以類酶結構的化合 物為催化劑，實現在溫和條件下環己酮、環己烯高選擇性氧化制得己內酯和環氧環己烷的仿生催化工藝。 本技術成果已申請國家發明專利，是我國擁有自主知識產權的制備己內酯和環氧環己烷新工藝，目前正處 在中試階段。本技術成果填補了目前氧氣氧化環己酮、環己烯制備己內酯和環氧環己烷的國內外技術空白。
中山大學
2021-04-10
一種仿生微孔表面泡沫金屬填充太陽能真空集熱管
本發明公開了一種仿生微孔表面泡沫金屬填充太陽能真空集熱管，該真空集熱管嵌套有玻璃外管(1)和仿生微孔表面金屬內管(2)，玻璃外管(1)上端開口，且對接有合金短管(6)；仿生微孔表面金屬內管(2)上端開口，且沿其開口端的外表面固定連接有金屬環形蓋(5)，所述的金屬環形蓋(5)外延與合金短管(6)固定連接，在真空集熱管嵌套有玻璃外管(1)與仿生微孔表面金屬內管(2)之間形成真空；在仿生微孔表面金屬內管(2)管壁的外側涂覆選擇性吸收涂層(3)，在仿生微孔表面金屬內管(2)內部插入泡沫金屬填充體(4)。該真空集熱管提高太陽能利用率、承壓效果好，可增強內部換熱降低熱損失，有效提高太陽能熱水器效率。
東南大學
2021-04-11
氣動人工肌肉在仿生機器人中的應用技術（技術）
成果簡介：氣動人工肌肉驅動器具有較強的柔性及仿生性，其高功率/質量 比的特點使之在仿人機器人技術領域中具有無可比擬的優勢。對氣動人工肌 肉的靜、動態特性深入進行了建模與實驗研究，進行了氣動人工肌肉驅動的關節特性分析及位置控制研究。分別研制出氣動人工肌肉驅動的仿人靈巧手，以及十四自由度雙臂機器人，通過簡單的材料制作出性能優異的氣動人 工肌肉，輔之模糊自適應控制、協調控制等高精度氣動伺服控制技術，實現 了靈巧手基于數據手套的主從抓持操作、機械臂自動駕駛方向盤等動
北京理工大學
2021-04-14
取向導電膠原水凝膠、仿生導電神經支架材料及其制備方法
本發明公開了一種取向導電膠原水凝膠、仿生導電神經支架材料及其制備方法，以具有優異生物相容性的天然生物大分子膠原和聚合物納米顆粒的混合液為原料，再利用PEG緩沖液，通過同軸微流體芯片制備得到取向導電膠原水凝膠纖維。在水凝膠制備過程中加入細胞，便得到具有細胞原位裝載的仿生導電神經支架材料。本發明制備得到的水凝膠纖維具有與天然神經組織相匹配的導電性、相近的力學性質、良好的生物相容性，并且能夠在微納米尺度上沿水凝膠纖維方向定向排列，能夠模擬天然神經組織中的定向結構；
清華大學
2021-04-10
模擬天然心肌組織結構的三維仿生支架的設計、構建及其應用
無論是發達國家還是發展中國家，心臟疾病依然是目前死亡率最高的疾病之一。由于心肌組織的再生能力有限，所以損傷的心肌組織很難進行自我修復和功能性重建，往往會形成無收縮和電傳導能力的疤痕組織，對心臟造成更大的負擔及進一步的損傷。目前在臨床上治療心臟疾病最有效的方法就是心臟器官移植，但是心臟移植的供體數目十分有限，而且器官排斥的可能性很高，并且受到宗教和倫理的影響，因此心臟移植手術仍然被視為一種高風險非常規的治療手段。近年來，組織工程與再生醫學的發展為心臟疾病的治療提供了一個新的思路和途徑。利用組織工程技術，制備工程化的心臟補片用于心肌損傷修復，或者研發微型心肌組織用來測試心臟疾病藥物的療效，甚至在體外重建一個功能和結構完備的工程化心臟器官來治療心臟疾病，成為心臟組織工程科學研究的重要目標和前沿領域。然而，如何制備出模擬天然心肌組織三維交錯排列及力學各向異性結構的組織工程支架材料仍然是研究的熱點和難點。
西安交通大學
2021-04-11
天津大學團隊發表高水平論文給“多肽仿生材料與應用”畫像
“多肽”，這個常出現在藥品或者美妝品上的名詞，即便對于普通人來說也并不陌生。“多肽”是由氨基酸通過肽鍵連接而成的聚合物，是生命體的基本組成部分。仿生礦化，則是模擬自然界中生物的礦化過程，如骨骼、牙齒、貝殼等的形成，利用生物分子在溫和條件下合成無機礦物。
天津大學
2023-03-15
一種聚乳酸纖維三維仿生多孔有序支架的制備方法
本發明公開了聚乳酸纖維三維仿生多孔有序支架的制備方法，步驟如下：將具有良好生物降解性和生物相容性的聚乳酸（PLA）切片依次經過紡絲和繞紗工藝制成平行排列的纖維集合體；將松散且平行排列的PLA纖維集合體用醫用粘合劑粘合起來形成穩定的結構；再固化，自然冷卻至室溫。本發明方法制備的聚乳酸纖維三維仿生多孔有序支架，具有較小的厚度和重量，較大的孔徑和孔隙率，較好的有序度、孔間連通性、親水性、吸水性、力學性能和對明膠的吸附能力。該有序支架具有較好的應用前景，可以應用在血管工程、神經組織工程的細胞載體、韌帶基材、藥物裝載和釋放、神經組織工程的神經再生、植入式功能性肌肉、修復膝蓋損傷和骨關節炎患者、骨組織工程等方面
浙江大學
2021-04-13
一種生物活性仿生磷酸鈣納米材料及其制備方法和用途
本發明公開的生物活性仿生磷酸鈣納米材料，是含硅、鍶、鋅和鎂中至少兩種元素的納米磷酸鈣顆粒，其組分以氧化物形式表示的質量百分數含量為：CaO？40～55％；P2O538～44％；SiO20～0.3％；SrO？0～5.5％；ZnO？0～3.5％；MgO0～4.5％；H2O？3～8％，上述組分之和為100％，且SiO2、ZnO、MgO和SrO至少兩種物質不同時為0。其制備方法是向模擬體液中添加含側鏈羧基的鏈式聚合物溶液，并加入含硅、鍶、鋅和鎂中至少兩種離子的無機鹽溶液，反應陳化，析出微量元素協同摻雜的仿生磷酸鈣納米粒，過濾、洗滌、干燥而成。這種納米材料在骨組織中能持續降解并同步釋放鈣、磷酸根離子和微量元素，適宜于人體骨齒損傷修復應用。本發明具有制備工藝簡單、納米粒形貌和尺寸容易控制、微量元素復合比例易于操控等特點。
浙江大學
2021-04-11