材料表面的生物黏附與聚集現(xiàn)象給人類的實際生活、生產(chǎn)帶來了極大的危害,對醫(yī)療、食品、航運等行業(yè)造成了極大的影響。材料表面的潤濕性、電荷、表面能、結(jié)構(gòu)形貌等均會影響材料和生物體間的作用過程,而且,這些因素間并不是互相獨立的,而是會相互影響,共同決定著材料表面的生物黏附行為。從研究思路、方法和結(jié)果的角度來講,表面仿生無疑是有效、優(yōu)異的解決策略。自然界的動植物經(jīng)過數(shù)億年的進化,如今已擁有近乎完美的結(jié)構(gòu)與優(yōu)異的性能,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料與功能三者間的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。“蓮出淤泥而不染”,魚兒在石油污染的海域依然能保持自身清潔,這些神奇的自然現(xiàn)象也證實了具有特殊浸潤性的材料表面能夠?qū)崿F(xiàn)抗生物黏附的效果。因此,從仿生學(xué)的角度出發(fā)來制備抗黏附表面,以自然界中生物的特殊表面微/納結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和特異化學(xué)結(jié)構(gòu)為模板,為解決生物黏附提供了新思路。本文從耦合仿生的角度出發(fā),通過對典型潤濕性植物葉面進行系統(tǒng)的研究分析,建立仿生數(shù)學(xué)模型,揭示典型植物葉表面界面潤濕行為機理及動態(tài)行為規(guī)律,提出結(jié)構(gòu)、形態(tài)、成分多因素耦合機制。選取荷葉、玫瑰花瓣與金盞菊花瓣這三種典型超疏水植物進行研究,通過表面微觀結(jié)構(gòu)的觀察與潤濕性測試來展開分析... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

自然界和生活中常見的生物黏附現(xiàn)象

[27]等。圖1.2 細菌黏附過程示意圖[18]。Figure 1.2 Schematic diagram of the process of bacterial adhesion[18].1.2.2 海洋生物的防污方法及啟示由于生存環(huán)境的特殊性，海洋生物具備一些“天生”的機能，可防止其它生物的附著，因此其表面一定具有特殊的抗附著物質(zhì)或結(jié)構(gòu)[28, 29]。科學(xué)家們基于海洋生物學(xué)、生態(tài)學(xué)的角度來對海洋生物的抗黏附機理進行了分析。通過歸納總結(jié)，其生物防污的主要形式為：（1）代謝出特殊化學(xué)活性物質(zhì)[30-33]。珊瑚、海藻、海綿等可釋放一些具有防污性能的化學(xué)活性物質(zhì)以阻止其它生物的附著。譬如，分析所提取到珊瑚代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，所含有的龍蝦肌堿及其類似化合物可有效抑制硅藻生長等。（2）分泌活性生物酶[29, 34]。海蟹表面長期不會附著生物，研究發(fā)現(xiàn)其表面存在 6 種以上的酶，可抑制附著生物產(chǎn)生的生物膠的凝固，干擾生物附著，從而達到防污的目的。（3）生物可降解吸水膜[35, 36]。海豚、鯨魚可以分泌出特殊的粘液

紫貽貝表面是規(guī)則的波紋狀結(jié)構(gòu)，而珍珠貝的表面結(jié)構(gòu)混亂，規(guī)則的波紋狀結(jié)構(gòu)不易被污損生物附著。圖1.3 典型海洋防污生物，(a) 珊瑚；(b) 海藻；(c) 海綿；(d) 海蟹；(e) 海豚；(f) 鯊魚皮膚。Figure 1.3 Exemplary marine antifouling organisms, (a) corals; (b) algae; (c) sponges;(d) sea crabs; (e) dolphins; (f) shark skin.分析可知，對于絕大多數(shù)的海洋生物來講，都能夠有效防止自身表面產(chǎn)生生物污損現(xiàn)象，或代謝有毒物質(zhì)、或分泌粘液等。若是應(yīng)用此種理念進行防污設(shè)計，均需要向海水中釋放防污劑或溶解粘液，這就與環(huán)境友好型的無毒、無釋放目標相違背。而通過表面微結(jié)構(gòu)進行防污時，完全是借助表面膜的物理作用，基本做到“零釋放”，為研制環(huán)境友好型材料表面提供了新的途徑。1.2.3 自然界典型的納米結(jié)構(gòu)殺菌生物自然界中許多植物和昆蟲的表面具有抗菌特性，可以保護它們免受致病菌的侵害。天然的納米結(jié)構(gòu)表面可以通過破壞細胞壁來殺死細菌

【參考文獻】：
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本文編號：2980881