科方生物

2016年11月9日消息，全国中小企业股转系统公告显示，广州科方生物技术股份有限公司的挂牌申请获得批准，并于今日挂牌。　　科方生物成立于2004年9月22日。公告显示，科方生物2014年度、2015年1-12月营业收入分别为5248.16万元、6121.76万元，净利润分别为1310.17万元、2065.49万元。　　资料显示， 广州科方生物技术股份有限公司主要从事体外诊断试剂及仪器的研发、生产与销售。产品包括生化诊断试剂、荧光定量poct和检测分析仪器。

9月2日晚，东方生物公告称，公司全资控股公司德克萨斯科学近日获得美国CMS颁发的CLIA认证证书，有效期自2024年8月11日至2026年8月10日。该认证允许实验室在有效期内接受病例样本并进行样本分析，有助于德克萨斯科学在美国开展相关研究试验及检测服务业务，进一步完善市场布局。据介绍，东方生物美国全资控股公司德克萨斯科学主要从事医学研究和试验发展，药物临床试验服务，第三方独立检测服务等业务。东方生物创办德克萨斯科学美国实验室，一是为公司产品做验证，二是做质谱和基因测序方面的科研院所项目。在拿到美国CMS颁发的CLIA认证证书后，该实验室可以承接社会性项目，并开展普通检测项目。在业内看来，在美国获得CLIA认证、开展质谱和基因测序项目，表明了公司技术优势。东方生物跨国实验室获得美国CLIA实验室认证，是其国际业务的进一步拓展。日前，东方生物海外布局刚刚迈出重要一步。美国时间8月28日，其全资子公司美国衡健生物科技有限公司（Healgen Scientific LLC，以下简称“衡健生物”）休斯敦工厂举行剪彩仪式。该工厂日产能可达上千万人份，从本月起，将开始生产新冠、甲乙流三联检试剂等体外诊断产品。据了解，作为全球医疗保健行业的领军企业，衡健生物拥有300多条自动化生产线，日产能可达千万人份。公司计划进一步扩大其在美国的生产能力，已有18条自动化生产线在美国本土正式投产。在纽约、新泽西和德克萨斯州，衡健生物已建立了大型生产基地，并在这三个大型仓库设施上投资超过2000万美元。此外，在英国设厂也是东方生物海外布局的重要举措。为满足欧洲等地业务发展和就近配套需要，东方生物于2022年3月份正式签署收购苏格兰制造工厂欧米伽医疗诊断公司的协议，成立了苏格兰爱可生物有限公司，配套生产全自动化设备已运往苏格兰，并于2024年6月份完成安装试产。目前爱可生物已完成10条生产线的全自动化改造，大幅提升了诊断试剂（新冠及其他呼吸道产品）的制造产能。据了解，为开展全球化布局以及更好地满足当地市场的特定需求，近年来东方生物持续加强本地化部署，精耕细作境外重点市场，包括设立境外产销研基地、仓储中心，实施就近配套等，目前在美国、英国、加拿大、德国、菲律宾新增了生产研发基地和物流服务中心。同时，通过对美国CONFIRM的收购优化海外布局、强化公司在美国的销售渠道；通过收购新兴四寰等国内生物公司，补充完善免疫诊断技术平台的产品管线及重点国家的产品注册证书和销售渠道。东方生物表示，未来公司将持续对全球IVD行业开展市场调研、重要客户进行战略谈判，进一步明确战略发展方向，完善产业链布局和产销研基地建设，重新定位重点区域、重点国家、重点市场、重点产品等，加快推动研发注册进程，优化调整销售策略等，通过持续不断地优化，为公司再发展打好基础，继续加大研发投入力度，蓄力未来竞争实力。

p style=" text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 仪器信息网讯 /span /strong span style=" text-indent: 2em " 3月9日，因两次披露新冠病毒测试剂的相关信息不一致，科创板新贵浙江东方基因生物制品股份有限公司（下称“东方生物”）发布 《关于公司及高管收到浙江证监局警示函的公告》，称公司于3 月6 日收到浙江证监局决定对公司及董事会秘书王晓波出具警示函，上海证券交易所则对公司和王晓波予以通报批评。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/6464688b-6d01-4ef7-b78d-d6a9ccc05962.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" / /p p style=" text-indent: 2em " 2月23日，东方生物披露公告称，公司研发的三款新冠病毒测试剂产品主要销往海外，但尚未取得欧盟给予的备案登记号。然而当天下午，东方生物更正称，产品已由欧盟代表提交备案注册，可视为获得市场准入，并且产品也打算在国内销售，说法截然相反。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 125px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/b6d428cd-e413-496c-b5a9-ce7cb32a6697.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" width=" 500" height=" 125" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 东方生物上市仅一月多。2月5日，主营体外诊断产品研产销的东方生物在科创板上市。新冠肺炎疫情下，东方生物上市首日股价涨幅586.96%。 /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 同一天两公告新冠病毒测试剂信息闹乌龙 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 2月22日，有媒体报道称，东方生物已完成新型冠状病毒检测试剂的开发，并已经在欧盟注册备案。 /p p style=" text-indent: 2em " 23日晚间，东方生物披露回应，前后披露了两则公告（分别简称为“《澄清公告》”和“《澄清公告的补充公告》”）。从这两则内容不太一致的公告来看，引发市场及监管层疑问的焦点主要集中在两方面：1、公司三款新冠病毒诊断产品是否会投放国内市场，以及相关的产品注册进展；2、公司三款新冠病毒诊断产品投放欧盟市场需要取得何种认证或许可。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 214px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/c4b6bbd9-6cfb-47ff-adbe-21da1f9eebda.jpg" title=" 3.png" alt=" 3.png" width=" 450" height=" 214" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 新冠肺炎疫情发生后，东方生物与很多其他体外诊断企业一样，立即进行相关检测产品的开发。截至目前，公司已有三款新冠病毒检测试剂产品，分别是：基于荧光PCR平台的2019-nCoV新型冠状病毒核酸检测试剂盒、基于胶体金免疫层析法的2019-nCoV新型冠状病毒抗原快速检测试纸和新型冠状病毒抗体检测试剂（胶体金法）。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 304px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/2e5e4c3f-ef63-40dd-a4da-13a35fdb81bf.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" width=" 450" height=" 304" border=" 0" vspace=" 0" / /p p /p p style=" text-indent: 2em " strong 引起监管层的注意 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 2月23日晚，上交所对东方生物下发问询函，要求披露两份公告的发布程序等信息。2月26日晚，东方生物回复问询函称，系因董事会秘书在上传公告过程中因为时间紧迫而出现操作失误，误将非经公司审批程序之有效版本（即《澄清公告》）上传至公告系统。 /p p style=" text-indent: 2em " 3月8日，上交所决定对东方生物及时任董事会秘书王晓波予以通报批评，对上述纪律处分，记入上市公司诚信档案。 /p p style=" text-indent: 2em " 上交所表示，经监管问询，由于东方生物信息披露内部控制制度在制度设计与实际执行上存在问题，导致上传的公告版本为未经公司审批的错误版本，《澄清公告》的相关信息未准确反映公司实际情况。 /p p style=" text-indent: 2em " 上交所指出，当前市场对新型冠状病毒检测产品的开发及市场投放等情况高度关注，公司发布相关信息尤其应当注意审慎、准确，避免产生误导。《澄清公告》内容未能准确反映东方生物检测产品注册备案及销售区域的实际情况，信息披露不准确；同时，相关公告错误版本未经公司审核即上传披露，说明东方生物信息披露事务管理制度存在一定缺陷。 /p p style=" text-indent: 2em " 与此同时，浙江证监局也决定对公司及王晓波予以警示并记入证券期货市场诚信档案。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 以下为《通报》原文： /strong /span /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " strong 关于对浙江东方基因生物制品股份有限公司及时任董事会秘书王晓波予以通报批评的决定 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 当事人：浙江东方基因生物制品股份有限公司，科创板证券简称：东方生物，科创板证券代码：688298； /p p style=" text-indent: 2em " 王晓波，时任浙江东方基因生物制品股份有限公司董事会秘书。 /p p style=" text-indent: 2em " 经查明，2020年2月22日，有媒体报道称，浙江东方基因生物制品股份有限公司(以下简称公司)已完成新型冠状病毒检测产品的开发，并已经在欧盟注册备案。公司于2月24日披露《澄清公告》称，3款检测产品以海外销售为主。上述3款检测产品在进入欧盟市场销售前，需由欧盟代表提交欧盟备案。截至公告披露日，公司尚未取得欧盟给予的备案登记号。《澄清公告》披露后，公司又于当日披露《关于澄清公告的补充公告》，对《澄清公告》披露内容进行更正，称公司已根据欧盟法规由欧盟代表提交备案注册，在获得备案号前，可视为已备案获得市场准入。此外，检测产品在法规允许的情况下，既可在国外销售，也可在国内销售，而不是只打算主要销往国外。经监管问询，公司于2020年2月27日披露问询函回复公告称，由于公司信息披露内部控制制度在制度设计与实际执行上存在问题，导致上传的公告版本为未经公司审批的错误版本，《澄清公告》的相关信息未准确反映公司实际情况。 /p p style=" text-indent: 2em " 当前市场对新型冠状病毒检测产品的开发及市场投放等情况高度关注，公司发布相关信息尤其应当注意审慎、准确，避免产生误导。公司《澄清公告》内容未能准确反映公司检测产品注册备案及销售区域的实际情况，信息披露不准确；同时，相关公告错误版本未经公司审核即上传披露，说明公司信息披露事务管理制度存在一定缺陷。 /p p style=" text-indent: 2em " 公司上述行为违反了《上海证券交易所科创板股票上市规则》(以下简称《科创板股票上市规则》)第5.1.2条、第5.4.1条等规定。公司时任董事会秘书王晓波作为公司信息披露的具体负责人，未能勤勉尽责，是对公司上述违规行为直接负责的主管人员，违反了《科创板股票上市规则》第4.2.1条、第4.2.8条、第5.1.2条等有关规定及其在《董事(监事、高级管理人员)声明及承诺书》中做出的承诺。 /p p style=" text-indent: 2em " 鉴于上述违规事实和情节，经上海证券交易所(以下简称本所)纪律处分委员会审核通过，根据《科创板股票上市规则》第14.2.3条、第14.2.5条和《上海证券交易所纪律处分和监管措施实施办法》的相关规定，本所做出如下纪律处分决定：对浙江东方基因生物制品股份有限公司及时任董事会秘书王晓波予以通报批评。 /p p style=" text-indent: 2em " 对于上述纪律处分，本所将通报中国证监会，并记入上市公司诚信档案。 /p p style=" text-indent: 2em " 公司应当引以为戒，严格遵守法律法规和本所业务规则的规定，规范运作，认真履行信息披露义务；公司董事、监事和高级管理人员应当认真履行忠实、勤勉义务，促使公司规范运作，并保证公司及时、公平、真实、准确和完整地披露所有重大信息。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " 上海证券交易所 /p p style=" text-indent: 2em text-align: right " 二○二○年三月八日 /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 附：关于东方生物 /span /strong /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 150px height: 56px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/d66ae768-c101-4d30-aab5-0480db3108d2.jpg" title=" 5.png" alt=" 5.png" width=" 150" height=" 56" border=" 0" vspace=" 0" / /p p /p p style=" text-indent: 2em " 根据招股说明书，东方生物成立于2005年12月，公司实控人为方效良、方炳良和方剑秋三人， 合计控制公司 64.7472%的股份。 /p p style=" text-indent: 2em " 东方生物是一家专业从事体外诊断产品研发、生产与销售的公司，目前已完成从抗原抗体等生物原料，到体外诊断试剂以及体外诊断仪器的全产业链布局，形成了以 POCT 即时诊断试剂为主导产品，重点发展分子诊断、生物原料、诊断仪器和液态生物芯片等产品的业务格局。 /p p style=" text-indent: 2em " 其中，毒品检测和传染病检测是东方生物的两大核心产品系列，2019年上半年，占公司主营业务收入比重为85.12%。 /p p style=" text-indent: 2em " 值得注意的是，东方生物主要向境外医疗器械经销商提供体外诊断试剂，外销收入是公司收入的主要来源。2019年上半年，公司境外销售收入为15.75亿元，占比94.10%。 /p p style=" text-indent: 2em " 这给东方生物带来了不少的税收优惠。招股说明书显示，2016至2019年上半年，东方生物应收出口退税额占利润总额的比例分别为22.70%、25.43%、21.84%和20.80%。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 195px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/9435ee4c-f33c-41d7-9f92-765cd9d1d7e8.jpg" title=" 6.png" alt=" 6.png" width=" 500" height=" 195" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 2月5日，东方生物在科创板上市。在新冠肺炎疫情的背景下，东方生物迎来股价暴涨。上市首日，东方生物报收145.98元，涨幅586.96%，盘中两次临停。 /span /p p style=" text-indent: 2em " 当天，东方生物发布风险提示公告，透露公司完成了两款新型冠状病毒（2019-nCoV）系列检测试剂新品的研发。东方生物表示，相关产品已经完成了初步临床试验工作，正组织新型冠状病毒相关检测试剂的注册申报工作，目前处于资料准备和提交阶段。 /p p style=" text-indent: 2em " 26日，东方生物回复深交所问询函时表示，公司拟投放市场的新型冠状病毒诊断产品已有三款。其中一款新型冠状病毒抗体检测试剂(胶体金法)的单个样本检测时间为2-10分钟，准确率达到 93.33%。 /p p style=" text-indent: 2em " 目前，东方生物的研发投入不算高。招股说明书显示，2016至2019年上半年，东方生物的研发费用率（研发费用/营业收入）分别为5.08%、5.49%、6.52%、8.82%。同期，同行业可比上市公司的平均研发费用率则分别为12.27%、11.52%、11.81%和11.02%。 /p p style=" text-indent: 2em " 对此，东方生物表示，研发费用率水平与同行业可比公司平均水平相比偏低，系因公司处于发展的初期阶段，规模偏小，资金实力有限，公司已逐年增加研发投入。 /p p br/ /p

东方生物推出全球首个甲型流感病毒（H5）抗原检测试剂盒，以帮助对H5病毒感染进行快速鉴别诊断。甲型流感病毒（H5）是高致病性病毒，常见的分型有H5N8、H5N1等，已在动物中广泛传播，并由动物感染人。对动物，称为禽流感，对人称为甲流。东方生物甲流H5抗原检测试剂盒，为人与动物共用检测产品，既可用于对人的鼻分泌物检测，也可用于对动物鼻流分泌物、肛门排泄物等，甚至牛奶进行检测。H5抗原检测试剂盒由东方生物与子公司美国衡健（Healgen Scientific Limited Liability Company）共同研发，并由美国衡健进行国际注册、建立生产基地，已于6月获得欧盟CE认证，其他国家的申请正在进行中。H5自2020年10月首次在荷兰出现以来，在自然界中与多种野鸟源禽流感病毒进行了复杂的基因片段重配，形成了多种不同的基因型。2024年春季，美国首次报道了高致病性H5N1禽流感在牛群中的暴发，随后在不同畜群中发现了病毒传播，并在其他哺乳动物（包括人类）中发现了感染迹象，提示公共卫生风险上升。研究发现，该病毒能通过感染奶牛的奶传给小鼠，也能通过鼻内暴露传播给小鼠和雪貂，并且能进入受感染动物的乳腺。H5禽流感病毒显示出全球分布的变化趋势，2022年，五大洲67个国家向世界动物卫生组织报告了家禽和野生鸟类H5N1高致病性禽流感疫情，对公共卫生和动物健康构成了严重威胁，形成了重大经济损失。除了中国有根据病毒变异持续迭代的专用疫苗外，预防H5禽流感病毒的手段主要靠监测和扑杀。目前H5禽流感病毒的诊断工具主要有分子诊断和核酸检测，这两种检测需在实验室进行，但H5禽流感病毒传播速度快，等到确诊病毒极有可能已形成大范围传播，或者，错过最佳治疗窗口。例如，世卫组织网站上介绍的一个柬埔寨11岁女孩的病例。2023年2月16日，出现症状并在当地一家医院接受治疗。2023年2月21日，因重症肺炎被送入国家儿科医院。同一天通过严重急性呼吸道感染哨点系统采集了一份样本，并于同日在国家公共卫生研究所通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测发现甲型（H5N1）禽流感病毒呈阳性。样本也被送往国家流感中心柬埔寨巴斯德研究所，后者证实了检测结果。患者于2023年2月22日死亡。因此，预防H5禽流感急需即时诊断手段。东方生物甲流H5抗原检测试剂盒，采用免疫层析技术，通过现场对人采样鼻拭子，对动物采集鼻拭子、深咽拭子、肛门拭子和乳样等，将样品手工稀释后注入试剂盒，当样本中含有的H5抗原浓度不小于最低检出限时，在检测区内会出现红色条带，诊断结果肉眼可见。并且，15分钟就可显示出结果，整个诊断过程一般不超过半小时，为及时阻断疫情传播创造出条件。经世界动物卫生组织禽流感参考实验室、联合国粮农组织动物流感参考中心，通过对H5病毒在牛奶中稀释，建立不同深度的样本来检测，东方生物禽流感H5抗原检测试剂可以检测出所有H5病毒，测试样本的阳性检出率达到95%以上。美国已有9个州的数十家奶牛场被检测出H5N1型高致病性禽流感病毒，并确认3例与奶牛感染相关的人感染禽流感病例。2022年全球奶牛存栏量为2.40亿头，其中，美国位居第四，有937.7万头奶牛；2022年全球肉牛存栏量9.4亿头，2024年美国肉牛存栏数为2820万头。美国奶牛和肉牛的存栏量接近4000万头。牛感染H5禽流感病毒后，很难做到像家禽那样扑杀，因此，需要对牛及奶农等进行日常性的监测。同时，送到餐桌上的牛奶一般经过了巴氏消毒，不会残留H5病毒，但为防止消毒环节出差错，也需要对牛奶例行检测。此外，美国大概有50亿只家禽，同样需要监测。东方生物甲流H5抗原检测试剂盒为这些日常监测提供了方便、即时、低成本的工具。2023年12月以来，东方生物通过并购北京华信农威生物科技有限公司、杭州莱和生物技术有限公司，与哈尔滨兽医研究所共建“哈尔滨前沿技术联合实验室”，布局动物疫苗、试剂、食品添加剂板块，甲流H5抗原检测试剂盒的研发成功，表明公司在人与动物共用医疗产品上取得了突破。

研究背景图1 捕获和灭活空气中细菌的ASS光催化剂的示意图含有生物体的生物气溶胶，如细菌、病毒、花粉、孢子和真菌，会长时间悬浮在空气中。它们广泛存在于室内和室外环境中，这些生物气溶胶可以引起疾病的传播，捕获和灭活生物气溶胶是尤为必要的。在自然界中，蜘蛛丝可以主动捕获空气中微小的尘埃颗粒和微滴；微滴结合形成更大的液滴，将小的尘埃颗粒和水分集中在蜘蛛丝上。近日，广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队在著名综合学术期刊Nature Communications杂志上发表了相关论文。在这项工作中，作者基于蜘蛛丝捕获空气中的微尘并将雾气凝聚成微小液滴的特性，制备了具有周期性纺锤结构的亲水“仿生蜘蛛丝”光催化剂，它由尼龙纤维上TiO2的周期性纺锤体结构组成，可以有效地捕获和浓缩空气中的细菌，形成液滴光催化微反应器，并利用固液界面光照射下光催化产生的高效自由基原位实现对生物气溶胶的连续高效光催化灭活。研究发现，ASS光催化剂的捕集能力主要归因于表面粗糙度引起的亲水性、拉普拉斯压差、纺锤体结大小和表面能量梯度的协同效应。ASS光催化剂捕获的细菌在液滴内或空气/光催化剂界面被光催化灭活。这一策略为生物气溶胶净化材料的构建铺平了道路。催化剂的设计将尼龙纤维浸在TiO2/PMMA/（DMF +乙醇）溶液中，以5&minus 95cm s&minus 1的速度抽出，制备了混合TiO2/PMMA主轴结的纤维。在纤维表面形成的一种薄膜，由于瑞利不稳定性，它沿着纤维自发地分离成周期性的聚合物液滴，然后在空气中干燥。在尼龙纤维（人工蜘蛛丝称为ASS）上形成周期性的光催化剂纺锤结，TiO2 光催化剂主要集中在纺锤结构上，其几何形状与蜘蛛的湿捕获丝相似。图2 ASS光催化剂的制备仿生捕获仿生蜘蛛丝捕获生物气溶胶经过捕获、运输及浓缩三个阶段。仿生蜘蛛丝捕获生物气溶胶后，微生物随着小液滴从连接结构处浓缩运输至纺锤结构处。图3 ASS光催化剂对生物气溶胶的捕获过程捕获机理和表征仿生蜘蛛丝的亲疏水性表征，则采用配备20 pL滴定器的接触角测试仪（KRÜ SS DSA30M）测定单纤维在不同湿度下的水接触角。图4 KRÜ SS DSA30M接触角测量仪如图5所示，通过采用不同的纤维基底制备仿生蜘蛛丝，本研究发现亲水性更强的尼龙基底所制备的仿生蜘蛛丝具有更好的捕获生物气溶胶的性能。说明亲水性对仿生蜘蛛丝的捕获性能有较大影响。图5b显示，在湿度 50%时，接头的水接触角(θ)为97.5°（θ90°，疏水），而在湿度 80%时，水接触角为88.9°（θ图5.ASS光催化剂的生物气溶胶捕获机理a具有不同纤维衬底的ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能。b单个ASS光催化剂在不同湿度下的水接触角。c不同RH下细菌与ASS光催化剂之间的粘附力。d用ASS光催化剂用不同的β、主轴节的高度(H)和关节的长度(L)捕获的生物气溶胶的光学图像。e不同形貌的ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能。F ASS光催化剂的SEM图像和AFM图像。i说明了ASS光催化剂的生物气溶胶捕获和浓缩机制。结论综上所述，本文通过将二氧化钛与周期性主轴结集成，开发了一种ASS光催化剂，并详细研究了生物气溶胶的捕获和失活性能及其相应的机理。ASS光催化剂的生物气溶胶捕获性能是纯尼龙的2倍，其失活效率为99.99%。生物气溶胶首先被亲水关节捕获，然后它们向纺锤节移动，留下亲水捕获位点暴露在外，以便进一步的生物气溶胶捕获。本文有删减，详细信息见原文Peng, L., Wang, H., Li, G. et al. Bioinspired artificial spider silk photocatalyst for the high-efficiency capture and inactivation of bacteria aerosols. Nat Commun 14, 2412 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38194-1

近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队首次提出了非连续布利冈（Bouligand）结构的设想，并发展了一种程序化组装纳米纤维的方法，成功地创制出一种新型的轻质高强仿生非连续布利冈结构纳米复合材料，实现了非连续纤维桥连和布利冈构造诱导裂纹偏转的协同增韧。该成果为研制高性能结构材料提供了新的组装方法。相关论文日前发表在国际期刊《物质》上。布利冈结构由单向纳米纤维片层螺旋堆叠构成，在骨、鱼鳞、龙虾壳等多种生物材料中广泛存在，是一种典型的纤维增强结构，直接决定这些生物材料的卓越力学性能。然而，蕴藏在自然布利冈结构中的智慧仍未得到充分开发和运用，已实现的仿生布利冈结构与自然布利冈结构相比，无论在结构层级还是结构精度方面都相差甚远。研究人员基于所开发的有序组装纳米纤维基元的程序化装置，以环境友好的硬硅钙石纳米纤维和海藻酸钠为原料，通过螺旋组装硬硅钙石纳米纤维于海藻酸钠基体中，并结合溶胶—凝胶—薄膜转变过程，成功制备了非连续布利冈结构纳米复合材料。实验表明，该材料展现了卓越的力学性能，优于许多如鱼鳞片、层状骨、蟹螯等天然布利冈结构材料以及仿生布利冈结构类似物和部分工程纤维复合材料。进一步通过断口微结构分析与理论模拟发现，该材料表现出裂纹偏转和纤维桥连增韧机制。这种仿生纳米复合材料具有广泛的应用前景，可作为高损伤容忍性能的骨修复材料等，对于今后开发新型纳米纤维复合材料、提升传统纤维增强复合材料的性能具有重要的指导意义

【科学背景】微加工是制造微米尺度小型结构的技术，广泛应用于医疗保健和电子等领域，因其潜力巨大而成为当前研究的热点。然而，传统微加工面临着诸如高化学品使用量、能耗和温室气体排放等重大环境挑战。典型的微加工过程包括光刻、沉积和转移，这些步骤大量依赖于刻蚀剂、有机溶剂和氟化气体等危险化学品，导致全球每年消耗近10亿立方米的刻蚀剂，预计年增长率达6.2%。此外，微加工还对非可再生资源材料（如硅基或金属基基底和石油衍生聚合物）依赖严重，加剧了环境负担。能源消耗问题同样突出，仅美国半导体微加工行业每年消耗的工业电力占比约为1.5%。为了应对这些挑战，芝加哥大学田博之教授课题组提出了一种仿生透过结构方法，旨在推动可持续微加工技术的发展。这一方法通过在生物聚合物基底上采用盐辅助光化学合成，实现了直接图案化器件的创新。利用水作为绿色致动剂，实现了高效的瞬时剥离，极大地减少了能源和危险化学品的消耗。与传统技术相比，这一方法不仅提升了卷对卷生产速度，还显著降低了温室气体排放和环境影响。此外，仿生透过结构策略的应用还为多种器件制造提供了新的可能性，涵盖从生物电子到催化机器人的广泛应用领域。【科学亮点】（1）实验首次引入了仿生透过结构方法，通过在生物聚合物基底上采用盐辅助光化学合成，成功实现了碳基器件的可持续微加工。（2）实验通过构建微触结构和利用水生成的化学机械力，实现了高效的图案化器件剥离过程，剥离时间短于1秒，显著优于传统技术。这一方法不仅提升了卷对卷生产速度，还极大地减少了能源和危险化学品的消耗。（3）通过采用可持续基底和无危处理方法，本文方法显著降低了器件制造过程中的温室气体排放和环境影响，与传统微加工方法相比具有显著优势。（4）该方法具有广泛的应用前景，适用于从生物电子器件到催化机器人等多种器件制造过程，为推动环境友好型器件制造提供了新的技术途径。【科学图文】图1：仿生透过结构策略用于碳基器件可持续微加工。图2：盐辅助激光图案化及透过结构瞬时剥离碳器件。图3：环保多功能器件的可持续制备。图4：柔性生物电子器件的可持续微加工及转移。图5：用于机器感知和环境修复的催化器件的可持续微加工。图6：具有较小环境影响的可扩展微加工。【科学结论】本文借鉴自然界精巧的生物结构和功能，特别是透过结构的应用。自然界中许多生物体，如壁虎和蝗虫，通过微小的结构在需要时实现粘附和脱离，这种机制为作者提供了创新的思路。作者将这种生物学原理转化为工程实践，通过仿生应变工程方法设计和优化透过结构，以解决微加工过程中的技术瓶颈。这种方法不仅在提高器件制备效率和质量方面具有显著潜力，还显著减少了能源和化学品消耗，从而减少环境负担。通过深入理解和模仿自然界的优化解决方案，作者能够开发出更加智能和环保的微加工技术，为电子、医疗和机器人等领域的进步提供新的科学基础和工程应用。这种科学启迪不仅推动了微加工技术的创新，也为可持续发展的路径铺平了道路，为未来的研究和工程实践提供了有益的指导和范例。原文详情：Yang, C., Li, P., Wei, C. et al. A bioinspired permeable junction approach for sustainable device microfabrication. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01389-

牙釉质是一种高度钙化的硬组织，具有紧密有序的羟基磷灰石（HAp）纳米晶体排列结构，以满足其所需的力学强度和韧性等性能。目前可通过生物矿化、无机模板合成等方法仿生天然牙釉质的独特结构。然而，上述方法只能在纳米尺度、微米尺度或以粗糙的宏观形状实现单个水平面HAp的有序排列。且天然牙釉质不仅有平行排列的外层结构，还有一定偏转角度的内层结构。更重要的是，其清晰的宏观结构（厚度大于1 cm，尺寸大于1 cm）也进一步增加了制备仿生牙釉质的难度。目前3D打印牙齿从最初的简单材料打印牙齿模型的阶段，到性能优化打印阶段，到进一步混合活性细胞、抗菌材料、生长因子等功能打印阶段，其打印精度和效果在不断地提高，但也并未复刻天然牙齿的各项性能，离临床应用还有较远的距离。 图1. 多尺度、高精度牙冠的3D打印 东华大学纤维材料改性国家重点实验室朱美芳院士、张耀鹏教授受到天然牙齿中牙釉质多阶段生长的启发，基于单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，采用挤出成型3D打印技术，开发了一种自下而上的逐步组装策略，利用剪切诱导构建了多尺度高度有序HAp结构的高精度仿生牙冠（图1），实现了天然牙的成分（HAp）、结构（紧密有序）以及性能（力学及再矿化）仿生。相关成果以题为3D Printed Strong Dental Crown with Multi-Scale Ordered Architecture, High-Precision, and Bioactivity发表在Advanced Science上，博士生赵梦露为第一作者，北京化工大学博士生杨丹蕾、范苏娜博士、姚响副教授和北京化工大学王洁欣教授为共同作者，张耀鹏教授和朱美芳院士为共同通讯作者。部分实验完成于上海光源BL19U2线站，北京化工大学合作制备“超重力+”羟基磷灰石。 图2. 基于高度有序HAp基复合树脂牙冠的3D打印流程示意图图3. 3D打印牙冠的个性化修复 本工作制备了单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，使HAp纳米棒均匀且稳定地分散在树脂基体中。根据不同配方浆料的流变学行为，通过理论计算选择了最适合剪切诱导有序的打印墨水配方。并基于此浆料的流变特性，通过计算流体力学设计了具有逐渐收缩通道的定制喷嘴，从而有利于浆料顺利的挤出和稳定的剪切（图1）。以HAp的纳米晶体结构作为基础（原子尺度），到单分散的纳米棒在打印过程中受到剪切诱导而沿着打印方向进行有序的排列（纳米尺度），进一步控制打印路径使其平行排列（微米尺度），在宏观上制备三维高度有序的树脂样品，最后根据牙冠的三维模型，打印出个性化修复的牙冠（图2）。其打印精度可达95%（图3）。由于中断了裂纹扩展，当使用最小直径260 µm的喷嘴进行打印时，取向程度最高，其弯曲强度最高可达138 MPa，压缩强度可达370 MPa，优于传统模具法制备的样品（图4）。其优异的再矿化活性减少了细菌聚集和继发龋齿的机会（图5）。此工作为制备具有独特结构和功能的仿生材料提供了新的思路。图4. HAp基复合树脂的力学性能及断面形貌图 图5. HAp基复合树脂的体外生物活性 此工作得到了国家重点研发计划（2016YFA0201702）及上海市优秀学术带头人项目（20XD1400100）等项目的资助。特别感谢岛津公司宁棉波工程师在Micro-CT测试中提供的帮助。 近年来，张耀鹏教授团队在3D打印仿生生物材料研究方向取得了一系列研究成果（Compos. Sci. Technol., 2021, 213, 108902 Cellulose, 2021, 28, 241-257 Carbohyd. Polym., 2019, 221, 146）。 原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202104001 高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn 本文转发自高分子科技公众号本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/f0cc618f-faca-4b7d-ab8a-5b40f6ebfc7b.jpg" title=" 1.jpg" style=" width: 600px height: 337px " width=" 600" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 337" border=" 0" / /p p strong 仿生工程与生物力学中心(BEBC) /strong strong 简介： /strong /p p 西安交通大学仿生工程与生物力学中心(简称BEBC)是卢天健教授和徐峰教授组建的多学科交叉研究中心。该中心从生物力学、生物传热学、生物医学等理论体系出发，依托组织工程、细胞打印等相关前沿生物技术，着力于解决生物医学工程的基础性研究以及临床医学治疗方案的设计、优化，中心已形成了具有从事高水平学科交叉研究能力的研究创新团队。因科研工作需要，中心现诚聘青年英才。期待优秀的你加入我们，共创辉煌。 /p p br/ /p p strong 一、招聘类别 /strong /p p 西安交通大学青年拔尖人才 /p p 博士后创新人才计划 /p p 专职科研博士后 /p p & nbsp /p p strong 二、招聘方向 /strong /p p & nbsp 1) 生物力学与力学生物学 /p p & nbsp 2) 细胞生物学、分子生物学、生物信息学 /p p & nbsp 3) 有机合成、高分子合成、合成生物学 /p p & nbsp 4) 组织工程及纳米材料 /p p & nbsp 5) 即时诊断及检测、微流控芯片、生物组织芯片 /p p & nbsp 6) 光电工程 /p p br/ /p p strong 三、应聘条件 /strong /p p (1) 西安交通大学青年拔尖人才 /p p 年龄 一般在40岁以下； /p p 在相关领域已取得知名影响力的学术成果； /p p 具有组织中心相关科研团队开创国际一流成果的能力； /p p 有国外学习科研经历者优先； /p p 具体招聘信息请关注http://hr.xjtu.edu.cn/info/1017/3040.htm /p p (或于公众号后台回复“青拔招聘”) /p p (2) 博士后创新人才计划 /p p 获得博士学位3年内的全日制博士毕业生，当年度应届博士毕业生优先； /p p 年龄一般在31岁以下； /p p 在相关领域已取得知名影响力的学术成果； /p p 具有协助中心相关科研团队开创国际一流成果的能力； /p p 具体招聘信息请关注http://www.chinapostdoctor.org.cn/ /p p (或于公众号后台回复“博新招聘”) /p p (3) 专职科研博士后 /p p 年龄一般在31岁以下； /p p 依托学校的科研平台，招收在相关学术领域取得明显业绩的博士毕业生； /p p 具有协助中心相关科研团队开创国际一流成果的能力； /p p (4) 外籍博士后 /p p 依托我校发起的“丝绸之路大学联盟”，招收优秀的外籍博士毕业生； /p p 在相关领域已取得知名影响力的学术成果； /p p 具有协助中心相关科研团队开创国际一流成果的能力； /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p strong & nbsp 四、待遇 /strong /p p 1) 优秀者优先支持申请国家（青年千人、青年长江、优青、青拔等）及省部级人才计划（陕西省千人、省青拔等）。 /p p 2) 入选者实行年薪制（青年拔尖人才35~45万、博新计划33~35万、外籍博士后21万、专职科研博士后16~21万），学校为入选者提供极具竞争性的年薪。特别学科及特别优秀者，待遇可面议。 /p p 3) 学校为入选者提供充足的科研资源支持，及相适应的科研启动费（校青拔100-200万）。 /p p 4) 青拔入选者将获得硕士研究生和博士研究生指导教师资格，并获得与此计划相配套的专属研究生招生指标。 /p p 5) 学校为入选者子女提供优质的教育资源。 /p p 6) 学校为入选者提供一次性安家费，同时入选者可租住或购买学校提供住房。 /p p br/ /p p strong 五、应聘方式 /strong /p p & nbsp 应聘需准备材料： /p p & nbsp （1）详细个人简历（含应聘职位） /p p & nbsp （2）3-5篇代表性学术成果（论文、专利等） /p p & nbsp & nbsp 联系人：李老师、杨老师 /p p & nbsp & nbsp 联系邮箱：bebc@mail.xjtu.edu.cn /p p & nbsp & nbsp 联系电话：+86-29-82667486 /p p & nbsp & nbsp 中心网址：http://bebc.xjtu.edu.cn/ /p p & nbsp & nbsp 初选合格者将受邀来校面谈和进行答辩，报销往返旅费和食宿。 /p p & nbsp /p p strong 西安交通大学简介： /strong /p p 西安交通大学是国家教育部直属重点大学，为我国最早兴办的高等学府之一，也是我国是“七五& nbsp ”、“八五”首批重点建设项目学校，是首批进入国家“211”和& nbsp “985”工程建设，被国家确定为以建设世界知名高水平大学为目标的学校。学校现有全日制在校生38103人，其中研究生& nbsp 18919& nbsp 人。全校有本科专业87个，拥有28个一级学科、154个二级学科博士学位授权点，45个一级学科、242个二级学科硕士学位授权点，22个专业学位授权点。学校有8个国家一级重点学科，8个国家二级重点学科，3个二级学科国家重点（培育）学科。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/869e249a-1a35-4d2b-a420-8e42d79e2982.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: left " （本文由西安交通大学仿生工程与生物力学中心提供） br/ /p

自然进化使得生物材料具有最优化的宏观和微观结构、自适应性、自愈合能力以及优异的机械性能、润湿性、粘附性等多种特点。随着仿生学的深入开展，人们不仅从外形、功能去模仿生物，而且还从生物奇特的结构中得到不少启发进行仿生制造。自然界的动植物就给我们提供了很多功能性结构的灵感从而设计出不同应用领域的仿生材料。 仿生材料，其研究起源于对天然材料的详细考察，通常是指模仿生物的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料。根据仿生材料所针对的天然生物材料的不同特性，仿生材料可以包括仿生高强度材料、仿生超亲水/超疏水材料、仿生高黏附材料、仿生智能薄膜材料以及仿生机器人等。 仿生材料来源于对天然材料的模仿，又与实际应用关系密切，多功能表面的仿生微结构如超疏水表面结构就是受植物叶子启发所设计，如根据荷叶不会粘上水珠这一现象仿生制备了超疏水薄膜，通过仿生牙釉质微观结构制备坚韧仿生材料用于飞行器等。经过近些年仿生材料领域科学家的努力，荷叶表面、猪笼草、蜘蛛丝、水黾腿部等的微观结构都已经被揭示出来，并成为设计制备仿生材料的重要指导依据，其在自清洁，抗腐蚀，油/水分离，微反应器和液滴操作等均具有非常广泛的实际应用。 尽管仿生材料研究正处于一个蓬勃发展的阶段，但目前传统制造技术很难仿造出自然界中复杂的微结构，越来越多的研究人员考虑用3D打印的加工方式来弥补传统加工方式的不足。摩方超高精度3D打印设备就为这种复杂的微结构加工提供了可能，其分辨率高达2μm，具有高分辨率、超高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点，非常适用于制作微尺度的复杂三维结构。 下面就列举了一些摩方超高精度3D打印系统制备的仿生微结构案例，希望能给大家带来一些启发，为仿生领域提供一种高效的加工手段； 一、仿生麦芒结构： 麦芒上分布着许多取向性坚硬倒刺使其表现出摩擦各向异性特征，通过研究其结构特征能够揭示出其背后的科学机制； 同天然麦芒相比，3D打印麦芒上面的倒刺尺寸、排布密度和倾斜角度可自由调控，并能够很好地与被接触基底表面进行相互作用，实现摩擦各向异性的最大化； 文章链接地址： Small（DOI: 10.1002/smll.201802931） 摩方设备打印样品：微结构尖端最小尺寸：8μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm 二、仿生仙人掌簇状的针型微结构 : 仙人掌刺微结构有助于水滴的凝结和运输,通过3D打印可改变仙人掌刺微结构表面的疏水性能以进一步增加水滴凝结的速率 文章链接地址： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admi.201901752 此类簇状针型微结构同样可利用摩方超高精度3D打印系统制作，能够直接快速成型，分辨率2-10μm，最小细节可达5μm； 三、仿生槐叶萍固液气界面表面结构（气膜恢复机理）： 水下固液气界面在大压强、高流速以及气体扩散等因素的影响下易发生失稳甚至消失，这严重影响了水下生物的生存条件以及固液气界面的工程应用，而槐叶萍却具有极强的环境适应能力，这源于其表面特殊微结构产生气膜的作用。通过研究槐叶萍表面的微结构及其水下固液气界面力学特性，能够发现一种新的水下固液气界面稳定性机理； 文章链接地址： https://www.pnas.org/content/117/5/2282?iss=5 以下为通过摩方3D打印设备制造的槐叶萍叶片表面，基于实际槐叶萍叶片尺寸放大10倍打印，以验证这种结构仿生机制的可行性； 使用设备：nanoArchS140，分辨率：10μm；圆柱直径300μm，底部最小缝隙10um左右； 四、仿生叶片的超疏水打蛋器微结构： 传统制造技术很难仿造出此类复杂的微结构，而利用3D打印方式可以灵活实现出研究者想要的臂数以调节表面结构与水滴的粘附力；此类结构可以作为‘微型机械手’来操控微液滴，也可用于油污的吸附和高效油水分离 文章链接地址： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704912/epdf 摩方设备打印样品：最小杆径：30μm，使用设备：nanoArch S130，分辨率：2μm 五、仿生微针结构： 微针（MN）是一种长度为数百微米的微型针，由于其微创，无痛且易于使用的特性而受到了广泛的关注；仿生微针在组织中具有持续的药物释放行为，其在软组织应用中具有的强大潜力，在经皮下给药、组织伤口愈合、长期体内药物传递和生物传感方面具有丰富的应用前景； 此案例作者基于PμSL技术，制备出具有倒刺结构的高粘附性仿生微针； 文章链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201909197 摩方3D打印系统打印的其它微针结构： 最小尖端直径：15μm，使用设备：nanoArch S140，分辨率：10μm，层厚20μm 结尾： 以上，是超高精度3D打印在仿生领域的应用分享，除了上述介绍的具有代表性的仿生材料以外，还有许多其他仿生材料也在迅速发展，例如仿鲨鱼皮、仿蘑菇头、仿蜂巢、仿水母等；而摩方的超高精度3D打印技术，分辨率高达2μm，并能兼顾大幅面，目前还在进一步丰富打印材料库，如水凝胶材料，磁性功能材料等，将进更好地服务仿生微结构的加工和验证。

具有复合特征的仿生结构因独特的机械性能，为各种工程应用开发设计优异性能的结构提供了设计思路。然而，在仿生制造和设计这些复杂精细结构时，在模具成型和复杂结构验证等方面常常受到加工条件限制。3D打印可快速制造各种复杂结构，为仿生结构的设计、制造和验证提供了新方法。 　　中国科学院福建物质结构研究所研究员吴立新团队面向轻量化3D打印结构在鞋业和汽车等领域的应用开展研究。受自然界生物结构兼具刚度和柔韧性的特征启发，科研人员通过分级弯曲和拉伸主导的结构来设计混合架构的晶格。 　　进一步，该工作使用纯树脂及高二氧化硅固含的复合材料，采用3D打印方式制备了以上晶格结构，并将结果与理论分析数据进行比较以验证设计合理性。结果表明，该结构设计比单一晶格拓扑结构的模量和应变能量密度提高了7倍。添加填料进一步将结构的刚度提高12倍以上，且减少了结构屈曲。此外，该工作还评估了带有石墨烯基涂层表面的混合晶格设计特性。该研究设计的晶格结构具有良好的弹性恢复能力，且功能化特性也得到了拓展。 　　相关研究成果发表在Additive Manufacturing上。研究工作得到福建省“揭榜挂帅”重大专项和闽都创新实验室自主部署关键技术攻关项目的支持。 　　之前，科研人员将3D打印用于防滑鞋底设计。仿照树蛙等动物的足底结构进行仿生设计，结合材料研发和有限元计算，通过3D打印获得在潮湿表面仍有良好摩擦力的结构。上述成果表明，3D打印可用于具有优异性能的仿生结构制造和验证。仿生(a)兼具刚硬和韧性结构来设计(b)分级弯曲和拉伸主导的混合晶格结构

材料的强度和断裂韧性是保障构件安全服役至关重要的性能参数，但二者往往表现为相互制约关系，并且材料性能的持续优化也压缩了既有强韧化策略进一步发挥作用的空间。天然生物材料具有复杂巧妙的组织结构和优异的力学性能，可为材料强韧化设计提供重要启示。然而，在金属材料体系中设计构筑仿生结构面临两方面挑战：传统的制造加工方法（如熔炼、轧制、热处理等）很难在多级尺度上对金属材料的组织结构进行有效控制和精细调节；金属仿生材料的结构与性能之间关系尚不清晰，仿生材料结构的优化设计缺乏理论依据，更难以实现按需设计。 近日，中国科学院金属研究所在前期研制高阻尼镁基仿生材料的基础上（Sci. Adv. 6 (2020) eaba5581），通过模仿典型天然生物材料的微观三维互穿结构与空间构型，利用“3D打印+熔体浸渗”工艺制备了一系列新型镁-钛仿生材料，在金属体系中成功构筑了类似鲍鱼壳的“砖-泥”结构、螳螂虾壳的螺旋编织结构和紫石房蛤壳的交叉叠片结构（如图1所示），并在经典层合理论基础上建立了能够定量描述仿生材料结构与力学性能之间关系的力学模型，实现了其模量与强度的定量预测。研究成果发表在Nature Communications 13 (2022) 3247。 研究发现：在镁-钛复合材料体系中，仿生结构能够起到显著的强韧化作用，与组成相似但不具有仿生结构的复合材料相比，仿生材料的强度与韧性同步提高，其断裂能提升2-8倍，特别是交叉叠片结构因具有多级结构特征而表现出最佳的强韧化效果；仿生材料中镁、钛两相在三维空间相互贯穿，有利于促进它们之间的应力传递，并抑制各自相中的变形与损伤演化，减轻应变局域化程度，从而延缓仿生材料整体发生断裂，提高其拉伸强度与塑性；微观取向不断变化的特定空间构型能够诱导裂纹沿仿生结构发生偏转，增大裂纹面的面积，并且凹凸不平的裂纹面之间能够产生摩擦并形成桥连，有助于消耗外加机械能，实现高效增韧；不同类型的仿生结构均可通过提取结构中的最小重复单元，并考察其在三维空间的紧密堆积形式进行定量描述，进而将经典层合理论发展应用于仿生结构，能够建立仿生材料的结构与力学性能之间的定量关系，从而为预测仿生材料的性能以及优化设计仿生结构提供理论依据，如图2所示。 相关工作由中国科学院金属研究所材料使役行为研究部与轻质高强材料研究部以及加州大学伯克利分校的研究人员合作完成。博士研究生张明阳为文章第一作者，刘增乾研究员、张哲峰研究员和Robert O. Ritchie教授为共同通讯作者。相关工作得到了国家重点研发专项、王宽诚率先人才计划“卢嘉锡国际团队”及国家自然科学基金（51871216、52173269）项目资助。 图1：具有不同仿生结构的镁-钛复合材料及其与天然生物材料原型的比较图2：具有不同仿生结构的镁-钛复合材料中的裂纹扩展形貌、结构模型及其强度和模量与特征角度之间的定量关系

酚类化合物是一种细胞原浆毒，其毒性作用是与细胞原浆中蛋白质发生化学反应，形成变性蛋白质，使细胞失去活性，它所引起的病理变化主要取决于毒物的浓度，低浓度时可使细胞变性，高浓度时使蛋白质凝固，低浓度对局部损害虽不如高浓度严重，但低浓度时由于其渗透力强，可向深部组织渗透，因而后果更加严重。酚类化合物不仅可通过生活饮用水直接进入人体，也可经水体及水体微生物转移到水产品中，在水产品中富集,并通过食物链对人体造成潜在的危害，被人体吸收后的酚类化合物，通过体内解毒功能，可使其大部分丧失毒性，并随尿排出体外，若进入人体内的量超过正常人体解毒功能时，超出部分可以蓄积在体内各脏器组织内，造成慢性中毒，出现不同程度的头昏、头痛、皮疹、精神不安及各种神经系统症状和食欲不振、吞咽困难、流涎、呕吐和腹泻等慢性消化道症状。当水中酚类化合物 0.1—0.2mg/L，鱼肉有异味；大于5mg/L时，鱼中毒死亡，因此水产品中酚类化合物的快速检测技术研究意义重大。近日，中国水产科学研究院研究团队在Sensors and Actuators B: Chemical杂志在线发表了题目为“Synthesis of Yolk/Shell Heterostructures MOF@MOF as Biomimetic Sensing Platform for Catechol Detection”的研究论文，研究团队可控合成异质核壳结构的金属有机骨架材料（MOFs），此MOFs仿生材料不但实现了天然酶选择性催化酚类化合物的功能而且克服了天然酶易变性的缺点，在快速检测、工业催化和生物技术领域应用前景广阔。在仿生材料的合成过程中，首先用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为结构导向剂包覆多孔配位网络(PCN-222)核，然后对沸石型咪唑框架(ZIF-8)进行改性，提出了构建明确和分级的卵黄/壳PCN-222@ZIF-8杂化催化剂的策略。基于PCN -222@ ZIF -8的卵黄/壳传感器对邻苯二酚有高选择性，但对多巴胺或左旋多巴无选择性。基于PCN-222@ZIF-8混合材料的传感器显示出比基于PCN -222的传感器高10倍的灵敏度，检测限(LOD)为33 nmol L-1。这项工作为MOF@MOF仿生传感器的构建和其他应用开辟了新的途径。仿生MOF@MOF材料制备原理图透射电镜监控仿生MOF@MOF材料合成过程Sensors and Actuators B: Chemical是分析化学领域的顶级学术期刊，影响因子达7.1。据了解，改论文的通讯作者为质标中心吴立冬副研究员，硕士研究生曹强和肖雨诗为论文的共同第一作者。此项工作还得到了中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2020GH09）和（2020TD75）的支持。

4月27日，“十四五” 国家重点研发计划 “诊疗装备与生物医用材料” 重点专项 “医用光学诊疗器械仿生模体研制与标准化技术研究” 项目实施方案论证会在中国计量科学研究院（以下简称“中国计量院”）召开。科技部中国生物技术发展中心、市场监管总局科财司等部门相关领导，来自北京大学、北京医院、国家药监局医疗器械技术审评中心、天津大学等单位的行业专家，项目负责人、课题负责人及项目骨干等30余人，通过线上线下相结合的方式参加此次会议。会议成立了以北京大学魏勋斌教授为组长的咨询专家组。中国计量院副院长戴新华致欢迎辞，强调了项目组织实施及管理重点，并对项目实施提出要求与期望。中国生物技术发展中心及市场监管总局科财司相关领导对项目实施及管理提出了要求。项目负责人、中国计量院医学中心副研究员胡志雄介绍了项目总体情况、实施方案和实施机制，各课题负责人分别汇报了课题任务和实施方案。咨询专家组认真听取了汇报，重点针对项目研发的多种可溯源标准仿生模体指标考核方法和完成进度安排等提出了质询。经讨论，与会专家一致认为项目实施方案目标明确、技术路线切实可行、创新性强，保障措施有力，同意通过论证。据介绍，该项目针对医用光学检测与影像设备长期缺乏可溯源的标准仿生模体，标准化评价体系尚不完善等监管科学问题，由中国计量院牵头，联合中国科学技术大学苏州高等研究院、之江实验室、天津医科大学总医院、浙江省医疗器械检验研究院、中科院苏州医工所、南开大学等10家单位及企业围绕医用光学仿生模体制备技术、数字化表征和仿生模体关键参数计量溯源技术开展研究。项目包含基础研究与应用开发，涉及医用光学诊疗器械的全链条、全过程。项目的开展将为医用光学设备的安全、有效诊疗提供服务，为医疗行业监管提供量值溯源，为企业创新平台提供技术支持，支撑医疗健康产业发展。

作者：焦德芳 陈彬 来源：中国科学报在自然界中，大部分植物都会向光生长。作为向光性植物的典型代表，向日葵不仅可以感知阳光的方向并随之响应，而且可以自发不断地紧紧追踪阳光运动，表现出了一种自我调节的生物智能。近年来，如何设计和开发仿生向日葵的向光性智能材料成为世界各国材料科学家竞相关注的焦点。日前，天津大学教授封伟团队受自然界向日葵向光特性启发，成功开发了一种能“追光”的智能新材料--基于MXene增强液晶弹性体的仿生向日葵管状液晶驱动器。相关成果已发表于国际权威期刊《先进功能材料》。研究成果示意图 天津大学供图据封伟介绍，液晶弹性体是一类优异的智能高分子材料，兼具聚合物弹性和液晶各向异性，同时具有多刺激响应性、类似肌肉的机械性能、可逆驱动变形以及形状可编程等性能，在仿生智能材料、人工肌肉和自适应系统等领域均具有广泛的应用前景。在研究中，封伟带领团队设计并制备了一种可光聚合的二维MXene纳米单体，通过原位光聚合到主链型交联液晶弹性体中，极大增强了材料的机械性能并赋予其优异的光驱动能力。这种新材料能够像植物茎一样向光照射的方向弯曲，还具备在三维空间内所有角度快速感知、连续跟踪和自适应地与入射光相互作用的能力，实现了类似向光性植物的自适应光源精准追踪。“作为概念验证演示，我们用这种新材料制备了一个‘仿生向日葵’，它能够实时迅速追踪不断变化的非聚集光源。”封伟表示，这项研究不仅为开发兼具感知、自反馈和执行功能的软物质智能材料提供了新思路，还有望为高分子智能材料在自适应光电子学、智能软机器人等领域的应用研究奠定基础。相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202201884

作者：肖林雾水收集对解决水资源短缺具有重要的意义，如何提升雾水收集效率一直是研究热点。高效的雾水收集需要同时满足高效捕捉和快速传输两个严苛的条件。受大自然启发，制备合适的仿生系统被认为是实现这两个严苛条件的有效方法。然而，目前制备的仿生系统结构单一，精度较低，无法实现高效的雾水收集。近日，西南科技大学李国强教授领导的仿生微纳精密制造团队，受小麦麦芒启发，利用PμSL3D打印技术（深圳摩方材料科技有限公司，nanoArch® S130）构造了仿生麦芒分级系统，实现了高效的雾水收集。经过优化设计的仿生麦芒雾水收集系统，表面分布有众多微型刺状取向收集器，扩大了收集的有效面积，增强了雾滴捕捉效率，并突破传统结构下滴状传输的限制，实现了高速的膜状传输，极大地提高传输速度和收集效率。该系统的水雾收集效率可达5.9g/cm2h，有望应用于液滴传输、药物运输、细胞牵引、海水淡化等科学技术领域。图1 自然麦芒结构特征、雾水收集过程及仿生麦芒系统的制备过程。a.小麦麦芒捕捉潮湿空气中的小水滴。b.麦芒逆重力超快雾滴输运过程。c-e. 自然麦芒的分级结构SEM表征。f. PμSL 3D打印系统制备仿生麦芒分级系统的示意图。图2 自然麦芒与仿生麦芒的结构特征及演变规律。a-c.自然麦芒表面微刺、凹槽的结构特征统计曲线图。d-e.5种不同结构形式仿生系统示意图。f-g. 不同结构形式仿生系统的表征。h.仿生麦芒随微刺数目增加的结构演变示意图。要点：小麦麦芒可从潮湿空气中捕捉微小雾滴作为水分供给。这种高效的雾水收集能力主要是源于表面的锥形脊柱、梯度凹槽、方向性刺集成的分级微纳系统。通过对结构特征的分析，借助PμSL打印技术的高精度性、自由性对结构进行拆解、重新整合，并根据结构的演变过程优化构建模型，编程调控制备了不同结构形式的仿生系统，包括仿生脊柱系统（A-spine）、仿生凹槽系统(A-grooves)、仿生麦芒系统体系(A-awn-2、A-awn-3、A-awn-4）。图3 不同结构形式仿生麦芒的雾水收集过程。a-e. 仿生脊柱（Ⅰ）、仿生凹槽（Ⅱ）、仿生麦芒体系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）在水雾环境下逆重力的雾滴捕捉输运过程。图4 仿生麦芒的水雾收集作用机理。a-c. 仿生脊柱（Ⅰ）、仿生凹槽（Ⅱ）、仿生麦芒体系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）逆重力下的雾滴运输距离、速度、体积的统计曲线图。d-f. 仿生脊柱、仿生凹槽、仿生麦芒体系的雾水收集机理分析。要点：通过在水雾环境下观察，在仿生脊柱与仿生凹槽结构表面，雾滴以大液滴的形式进行定向地输运——滴状传输。但在仿生麦芒系统体系表面，无明显大液滴出现，相反雾滴是以一层薄水膜进行定向输运——膜状传输。液体传输模式的转变主要是受表面微结构所影响。脊柱与凹槽单级仿生结构系统，难以实现对雾滴快速高效的捕捉，无法在表面形成连续稳定的液体薄膜，所捕捉液滴易受周围液滴的吸引合并成大液滴进行传输。当其体积增大到某数值时，结构所产生的拉布拉斯力无法继续驱动液滴运动，最终钉扎在表面。而仿生麦芒分级系统体系，由于表面附加了众多的微型刺状取向收集器，增强了雾滴捕捉能力，实现快速的润湿过程，在表面形成连续稳定的液体薄膜。且与表面其他微滴合并凝结相比，微滴在水膜表面滑动的所需时间更短，因此更倾向于沿水膜表面运动，使得传输速度和收集效率得到显著的提升。实验结果表明，膜状传输的速度要比滴状传输高40倍，可实现3.5 mm/s的传输速度和 5.9 g /cm2h的收集效率。该工作以 “Programmable 3D printed wheatawn-like system for high-performance fogdropcollection” 为题发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。该项工作得到了国家自然科学基金委、四川省科技厅等基金项目的支持。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720311311.

雾水收集对解决水资源短缺具有重要的意义，如何提升雾水收集效率一直是研究热点。高效的雾水收集需要同时满足高效捕捉和快速传输两个严苛的条件。受大自然启发，制备合适的仿生系统被认为是实现这两个严苛条件的有效方法。然而，目前制备的仿生系统结构单一，精度较低，无法实现高效的雾水收集。近日，西南科技大学李国强教授领导的仿生微纳精密制造团队，受小麦麦芒启发，利用PμSL3D打印技术（深圳摩方材料科技有限公司，nanoArch® S130）构造了仿生麦芒分级系统，实现了高效的雾水收集。经过优化设计的仿生麦芒雾水收集系统，表面分布有众多微型刺状取向收集器，扩大了收集的有效面积，增强了雾滴捕捉效率，并突破传统结构下滴状传输的限制，实现了高速的膜状传输，极大地提高传输速度和收集效率。该系统的水雾收集效率可达5.9g/cm2h，有望应用于液滴传输、药物运输、细胞牵引、海水淡化等科学技术领域。图1 自然麦芒结构特征、雾水收集过程及仿生麦芒系统的制备过程。a.小麦麦芒捕捉潮湿空气中的小水滴。b.麦芒逆重力超快雾滴输运过程。c-e. 自然麦芒的分级结构SEM表征。f. PμSL 3D打印系统制备仿生麦芒分级系统的示意图。图2 自然麦芒与仿生麦芒的结构特征及演变规律。a-c.自然麦芒表面微刺、凹槽的结构特征统计曲线图。d-e.5种不同结构形式仿生系统示意图。f-g. 不同结构形式仿生系统的表征。h.仿生麦芒随微刺数目增加的结构演变示意图。要点：小麦麦芒可从潮湿空气中捕捉微小雾滴作为水分供给。这种高效的雾水收集能力主要是源于表面的锥形脊柱、梯度凹槽、方向性刺集成的分级微纳系统。通过对结构特征的分析，借助PμSL打印技术的高精度性、自由性对结构进行拆解、重新整合，并根据结构的演变过程优化构建模型，编程调控制备了不同结构形式的仿生系统，包括仿生脊柱系统（A-spine）、仿生凹槽系统(A-grooves)、仿生麦芒系统体系(A-awn-2、A-awn-3、A-awn-4）。图3 不同结构形式仿生麦芒的雾水收集过程。a-e. 仿生脊柱（Ⅰ）、仿生凹槽（Ⅱ）、仿生麦芒体系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）在水雾环境下逆重力的雾滴捕捉输运过程。图4 仿生麦芒的水雾收集作用机理。a-c. 仿生脊柱（Ⅰ）、仿生凹槽（Ⅱ）、仿生麦芒体系（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）逆重力下的雾滴运输距离、速度、体积的统计曲线图。d-f. 仿生脊柱、仿生凹槽、仿生麦芒体系的雾水收集机理分析。要点：通过在水雾环境下观察，在仿生脊柱与仿生凹槽结构表面，雾滴以大液滴的形式进行定向地输运——滴状传输。但在仿生麦芒系统体系表面，无明显大液滴出现，相反雾滴是以一层薄水膜进行定向输运——膜状传输。液体传输模式的转变主要是受表面微结构所影响。脊柱与凹槽单级仿生结构系统，难以实现对雾滴快速高效的捕捉，无法在表面形成连续稳定的液体薄膜，所捕捉液滴易受周围液滴的吸引合并成大液滴进行传输。当其体积增大到某数值时，结构所产生的拉布拉斯力无法继续驱动液滴运动，最终钉扎在表面。而仿生麦芒分级系统体系，由于表面附加了众多的微型刺状取向收集器，增强了雾滴捕捉能力，实现快速的润湿过程，在表面形成连续稳定的液体薄膜。且与表面其他微滴合并凝结相比，微滴在水膜表面滑动的所需时间更短，因此更倾向于沿水膜表面运动，使得传输速度和收集效率得到显著的提升。实验结果表明，膜状传输的速度要比滴状传输高40倍，可实现3.5 mm/s的传输速度和 5.9 g /cm2h的收集效率。该工作以 “Programmable 3D printed wheatawn-like system for high-performance fogdropcollection” 为题发表在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。该项工作得到了国家自然科学基金委、四川省科技厅等基金项目的支持。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720311311.官网：https://www.bmftec.cn/links/10

复杂环境下的低表面能液滴操控对于混合液相分离、化学微反应废物处理等能源、环境与健康领域的应用发展具有重要指导意义。具有液体靶向运输控制功能的仿生结构表面为微滴操控提供了一种能耗更低、制备工艺更简单的解决策略。目前实现基底表面液滴智能运输主要依赖于材料润湿性梯度和结构的不对称性，且相关研究均集中于水处理。油等低表面能液滴的低接触角滞后和接触线滑移使其相比水运动路径更难控制，尽管具有亲油表面的传统圆锥形结构可以实现微油滴的自运输，但复杂环境下的实用性、大容量自发连续低表面张力微液滴输送系统是亟待解决的行业难题与挑战。如何突破现有微滴操控不对称性结构的功能局限实现微油滴气-液界面跨相传输提取更是鲜有研究。近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与海河实验室曹墨源研究员合作，受鱼刺微油滴操控功能、水稻叶表面各向异性液滴滑动现象启发，利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，nanoArch S140，P150）技术制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）实现水下油滴的逆重力高效运输与收集。在非对称拉普拉斯压力和表面毛细力的协同作用下，所设计的2-BGCS结构具备在水下、空气以及跨气-液两相界面超快、连续传输油滴的功能，运输速度最高可达70.2 mm/s。与传统圆锥形结构相比，倾斜角20°时，2-BGCS结构的输送速度提高9倍。在逆重力传输油滴时，2-BGCS结构能够提升超过22 μL的重油滴，通量提升5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，且具有输运大体积油滴的潜力。仿生槽锥刺集油阵列装置表现出在水环境下连续、自发地收集油滴的性能。该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及污染治理等领域具有广阔的应用前景。评审人对该工作给予高度评价：基于锥形结构和沟槽结构的巧妙结合和功能设计为微流控等领域提供新的仿生策略。该工作以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。西南科技大学机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源研究员。图1 仿生槽锥刺结构的设计与性能对比。受鱼刺和水稻叶启发，利用精密3D打印制备了不同槽个数的仿生锥形结构。梯度槽和锥形结构的结合，使仿生结构具备水下超快逆重力定向传输功能，对比不同槽数的仿生结构以及传统锥形结构，2-BGCS结构的运输效果最佳。图2 不同结构连续输送油滴及理论机制的比较。对仿生槽锥形结构、传统锥形结构以及对称圆柱结构在水下进行连续逆重力输送实验对比，微油滴在不同结构上连续运输的高度对比说明仿生槽锥形结构上的微油滴能够不断连续输送，且不影响下一次循环。基于不同结构对比实验，对油滴沿结构运输的模型进行机理分析。图3 仿生槽锥刺结构在不同环境下油滴运输的应用。基于仿生槽锥形结构水下逆重力油滴运输的优异性能，进一步探讨了在多环境下的油滴运输功能，不仅能够实现微油滴在空气中的超快输送，还可以实现气-液界面跨相油滴传输，集成收集装置能够实现水下油滴的大通量收集。小结综上所述，受鱼刺空中油滴定向输送以及水稻叶各向异性槽的启发，作者借助精密3D打印制备新型仿生功能结构，由锥形结构产生的非对称拉普拉斯压力和凹槽结构产生的表面毛细力的共同作用下，提高了油滴在水下传输能力，极大的改善了传统圆锥结构的功能与性能。同时，利用不对称结构实现油滴跨气-液两相界面的精准高效传输，仿生槽锥刺集油阵列装置实现在水环境下超快、连续收集油滴，为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了新的方法。微纳仿生系统与智能化团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印制造的基础研究与应用研究，以开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统为目标，服务于能源、环境、健康等重点领域。近年来，该团队报道了一系列高水平研究成果，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309 ACS Nano2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719 J. Mater.Chem. A, 2021, 9, 5630 Nano-Micro Lett., 2022,14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139 Chem. Eng. J,2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等40余篇。这些重要成果体现了机械工程学科在科学研究和人才培养方面的新成就。该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的支持。

生物体从宏观到微观，再到纳米尺度的多级复合结构，使其具有诸多独特的优异性能。人们很早就开始模仿生物的特殊功能，来发明和应用新技术。例如人们根据苍蝇特殊的“复眼”结构，仿照制成了“蝇眼透镜”，用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片；还有仿照水母耳朵的结构和功能，人们设计了水母耳风暴预测仪；根据蛙眼的视觉原理，研制成功了一种电子蛙眼，能准确无误地识别出特定形状的物体！图：苍蝇特殊的“复眼”结构（图片来源于网络）这就是早期的仿生学应用，但随着科技的进步和纳米技术的迅速发展，人们开始将仿生学应用到纳米尺度，研究者通过模仿生物的纳米结构仿生制造出类似的超微结构，以此来探究和获取生物的特殊功能。在纳米微结构加工领域，常用的微纳光刻技术有纳米压印、紫外光刻、X射线曝光等技术。而在最近的一项研究中，昆士兰科技大学的研究团队首次将电子束曝光（EBL）技术应用于生物纳米结构的仿生制造，并取得了重要研究成果。目前，该项研究论文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）录用，论文题目为Multi-biofunctional properties of three species of cicada wings and biomimetic fabrication ofnanopatterned titanium pillars。研究中涉及的大量仿生制备工作由TESCAN 的EBL完成，并使用了TESCAN MIRA3场发射扫描电子显微镜表征细胞间相互作用。图：研究论文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）录用由于蝉翼具有多功能生物特性，如超疏水性，自清洁和杀菌作用等，人们对其在生物医学上的应用产生了浓厚兴趣。昆士兰科技大学Prasad KDV Yarlagadda及其研究团队对蝉翼的杀菌和细胞相容特性进行了系统研究，并首次使用电子束曝光技术（EBL）进行蝉翼结构的仿生制造，加工出类似的纳米锥阵列结构，经研究发现，其同样具有杀菌和生物相容性。首先，研究人员使用了SEM，AFM，TEM等多种微观分析技术对三种不同种类的澳大利亚蝉翅膀表面的纳米结构进行了表征。研究人员观察到，三种蝉翼表面均具有独特的形貌结构，虽然凸起的高度、直径、间距和密度并不完全相同，但都呈现出锥状的纳米柱阵列。图：不同物种的蝉翅具有不同高度、间距、直径和密度的纳米柱结构研究人员分别采用了在蝉翼上附着铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌细胞和人成骨细胞的方法来探究昆虫翅膀的杀菌活性和生物相容性。实验证明，三种蝉翼均具有很好的杀菌活性，且附着人成骨细胞的蝉翅细胞形态在24小时后仍然保持完整，表明它们仍然具有生物相容性。在该项研究中，研究人员尝试进行蝉翼结构的仿生制造。由于是纳米尺度的阵列结构，一般的刻蚀、沉积方法均无法实现。而常规的电子束曝光（EBL）技术也无法实现如此规模的锥体制造。昆士兰科技大学的研究团队巧妙地利用电子束在光刻胶中的散射，通过控制电子束能量，制作出椎体的“模子”，然后利用沉积生长出需要的椎体，最后腐蚀掉所有光刻胶，得到了完美的纳米锥阵列。图：仿生纳米锥阵列的制作过程示意图最终制备的仿生Ti纳米锥的高度为116 ~282nm，锥形柱的顶端直径最小达13.3nm，底部直径93.6nm左右。并且，进一步实验发现，其同样具有杀菌性和生物相容性。昆士兰科技大学的这项研究成果对于纳米仿生学的应用具有重大意义。 图：通过EBL技术制备的仿蝉翼结构的Ti纳米锥陈列图：（E）在制备出的仿生Ti纳米锥阵列上附着铜绿假单胞菌细胞；（F）对照Ti柱和仿生纳米Ti柱上附着的人成骨细胞的活性；（G）在仿生Ti纳米锥阵列上附着扩散良好的成骨细胞；电子束曝光（EBL）技术是一种电子束直写技术，是利用电子束在涂有对电子敏感的高分子聚合物（光刻胶）的基底上直接描画出图形，通过刻蚀实现微小结构的加工。电子束曝光（EBL）技术避免了传统方法中对模板加工和使用的复杂过程，其高分辨、高度灵活性、高灵敏度的特点也受到研究人员关注，且EBL制备方法更加简单，更容易制备出小尺寸的各种花样的周期性结构。在上述工作中，昆士兰科技大学研究团队使用了TESCAN MIRA3高分辨场发射扫描电子显微镜搭配TESCAN自主研发的电子束曝光（EBL）技术出色完成了相关工作。不久前，昆士兰科技大学新采购了一台TESCAN最新的S8000X Xe Plasma FIB-SEM，这是一款功能强大的氙等离子源FIB，配置了TESCAN最新一代的多项专利技术，期待昆士兰科技大学未来取得更多的研究成果！图：昆士兰科技大学最新采购的TESCAN S8000X Xe等离子源FIB-SEM 注释：该项研究由昆士兰科技大学研究团队完成，相关论文目前已通过了英国皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）评审，论文稿件已被录用，将于不久后在网上公开发布。

科技日报北京7月25日电 据最新一期《美国国家科学院院刊》报道，美国宾夕法尼亚州立大学研究人员利用鱿鱼环齿上的仿生蛋白质创造了一种复合的层状二维材料，这种材料具有抗断裂和很强的弹性。大自然创造出像骨头、贝壳这样的分层材料，正是这种多级结构才确保了骨头具有极高的抗断裂强度，得以支撑庞大的身体。骨头中含有无数空隙，然而，随着生长发育，它对缺陷的敏感度会降低。这意味着即使骨头已经含有诸多“缺陷”，也依然具有较高的强度。宾夕法尼亚州立大学高级纤维技术中心主任、劳埃德和多罗夕福尔哈克仿生材料主席梅利克德米雷尔和多萝西福尔哈克表示：“研究人员很少报告骨头和贝壳的这种界面特性，因为它很难通过实验进行测量。”以此为灵感，新开发的复合二维材料是由像石墨烯或MXene（通常是过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物）这样的原子层厚的硬材料组成的，这些材料之间被一层东西黏合并隔开。虽然大块石墨烯或MXene具有块体性能，但二维复合材料的强度来自界面性质。德米雷尔介绍说，他们使用的是一种界面材料，可通过重复序列加以修改，从而能够微调性质，让它变得灵活而强大。此外，这种材料还具有独特的热传导性质。“这种材料很适合做跑鞋的鞋垫。”德米雷尔说，“它可以给脚部降温，反复弯曲也不会把鞋垫弄坏。”这些二维复合材料还可用于柔性电路板、可穿戴设备和其他需要强度和灵活性的设备。根据德米雷尔的说法，传统的连续介质理论无法解释为什么这些材料既坚固又灵活，但模拟表明，界面很重要。当组成界面的材料比例较高时，当材料受到压力时，界面会发生局部断裂，但作为整体的材料不会断裂。【总编辑圈点】搜索“鱿鱼环齿”，会发现科研人员早已对它摩拳擦掌，开展过多项研究，并尝试在不同领域应用。鱿鱼环齿蛋白质可被加工制成纤维和薄膜，可以替代塑料制品，提升织物的耐磨性，制作可穿戴设备… … 当然，要大规模应用这种仿生材料，需要先制造出仿生蛋白质，毕竟也不能一只只抓住鱿鱼扒拉蛋白质。本文中，科研人员用仿生蛋白质制造出复合层状材料，可以让它又坚固又灵活。从大自然的神奇生物身上，人类获得了很多“外挂”，改造后为自己服务。

时间2019年12月26日 下午14:00-15:00题目仿生纳米药物用于人脑胶质瘤的治疗主讲人刘艳杰 博士（河南大学）讲座形式网络讲座，手机或PC即可参与（会议链接和如下报名链接相同）内容简介由于血脑屏障（blood brain barrier, BBB）的存在，使得人脑胶质瘤成为癌症治疗中最棘手的肿瘤之一。BBB，其为脑部的自我平衡防御机制，它在保证中枢神经系统免受外来物质侵扰的同时，也阻碍了治疗药物通过非入侵性给药进入脑内。因此，发掘研究能协助纳米药物突破BBB的药物或靶向分子是治疗脑部疾病的当务之急。基于以上背景，讲者所在实验室设计了细胞膜伪装的肿瘤微环境响应的仿生纳米药物用于脑胶质瘤的靶向治疗。该智能仿生纳米药物合理解决了目前纳米药物面临的体内循环时间短、难以跨越BBB、被肿瘤细胞摄取量低和药物在病灶处释放缓慢等诸多关键问题，最终可望成功实现人脑胶质瘤安全高效的治疗。即刻报名扫描下方二维码，报名吧！主讲人简介刘艳杰 博士生物医学工程专业在读博士，现在河南大学从事仿生纳米药物用于人脑胶质瘤的治疗的研究。在Advanced materials，Biomaterials等杂志上发表论文2篇，申请国内专利2项。

生物电信号是人体最基本的生理信号之一，通过对生物电信号的监测可以对多种生理疾病进行诊断和预防。随着微电子科技的不断发展，越来越多的医疗科技选择使用电极贴片与诊断设备集成，以实现实时监测人体健康状况的医疗保健系统。监测系统对于突发性强、致命性高的心脑血管疾病有着显著的预防作用。生物电监测电极作为系统硬件的重要组成单元，直接与人体接触采集生物电信号，是生物电传感系统的基础部件。常见的是银-氯化银（Ag/AgCl）凝胶电极，但由于凝胶或粘合剂会对皮肤产生刺激，很难用来长期监测生物电信号。为了实现长效与皮肤接触监测的功能，生物相容性良好的干电极技术近年来得到了一定的发展。然而，由于皮肤的弹性、粗糙质地，附加汗水，油脂、皮屑和毛发等表面特性，干电极技术在皮肤附着力、接触阻抗、透气性等创新优化方面仍面临较大挑战。图1典型具有足端附着能力的生物结构与功能实现策略由于自然环境下目标附着表面的复杂多样性，依靠单一的黏附机制往往不足以提供生物体稳定的附着和快速的运动的能力。几乎所有具有全空间运动能力的生物，均拥有两种及以上的界面附着策略，且生物体型越大，越需要多种附着方式协同作用来提升界面附着力以平衡自重。生物高鲁棒性的附着调控特性依赖于生物脚爪精细的跨尺度附着结构，以及附着结构所呈现的机制之间的协同作用。 图2兼具排汗透气与皮肤黏附的仿生电极设计本研究介绍了一种兼具排汗透气性和多机制附着性能的健康监测电极贴片。贴片的排汗透气功能采用锥形通孔与蜂窝状微沟槽集成设计来实现，锥形通孔产生的拉普拉斯液相压差和微沟槽的毛细力协同实现了汗液的自驱导流作用；Ag/Ni微针阵列和PDMS-t粘附材料的多机制附着一定程度上保障了电极贴片与皮肤接触的力学稳定性，其中，Ag/Ni微针阵列通过高度控制，形成与皮肤角质层的接触，在保障安全性的前提下，实现了生物电信号采集通道的可靠性。 图3 仿生监测电极排汗透气通道结构形貌及其单向自驱导效果图 图4 仿生电极贴片切向摩擦力和法向黏附力量化测试实验 图5 仿生电极贴片心电监测性能及其与皮肤接触的生物相容性评价仿生电极的皮肤界面阻抗测试显示，在100Hz以下，仿生电极的接触阻抗低于标准Ag/AgCl凝胶电极，在监测志愿者的EMG和ECG生物电信号应用中，仿生电极展示出了较好的静态和动态采集性能。这主要归因于微针阵列与皮肤高阻抗角质层形成机械锁合，与通孔阵列柔性聚合物黏附接触协同作用，增强了仿生电极与皮肤表面的附着力，减少了运动伪影。同时，仿生电极设计中汗液的自驱导流结构保障了皮肤排汗透气的需求，具有良好的皮肤接触生物相容性，为实现长效的健康监测提供了新思路和新途径。本研究工作是建立在前期微针摩擦与树蛙湿黏附协同的仿生电极（Advanced materials interfaces, 2022, 2200532，封底论文）研究基础之上，着重探究了仿生电极自主排汗透气方面功能实现方法。相关研究成果以题为“Biomimetic Patch with Wicking-Breathable and Multi-mechanism Adhesion for Bioelectrical Signal Monitoring”发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。论文第一作者为南京航空航天大学机电学院硕士研究生张迁，论文通讯作者为姬科举副研究员，南京航空航天大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金、南京市医学科技发展基金、江苏省仿生功能材料重点实验室基金等项目的资助。论文链接： https://doi.org/10.1021/acsami.2c13984来源：高分子科技官网：https://www.bmftec.cn/links/10

随着人类在生命科学领域探索的不断深入，干细胞研究和应用已经成为科学界和全球生物医药行业关注的热点之一，也成为包括我国在内的不少国家的重要科技战略。尽管具有广阔前景，但干细胞研究和应用仍面临许多亟待解决的难题，干细胞的高质量地体外培养就是关键难题之一。南开大学生命科学学院教授杨军课题组，在20余年持续研究的基础上，开发出一套可以模拟体内微环境的干细胞防生赋能系统，有效解决了目前干细胞体外培养效率低、费用高、安全性差、代际功能减损等问题，助力干细胞研究更好地走向应用。以课题组成员为骨干的学生创新创业团队“奇府”，正致力于将这一研究成果推向市场。干细胞是人体发育过程中以及成体后体内存在的一类细胞，具有自我复制，多向分化等特点，常用于生长发育、疾病发生、药物筛选等科学研究。除此之外，干细胞还可以用于疾病治疗，例如：胚胎干细胞分化的眼角膜给患者带来了光明，脐带造血干细胞用于治疗遗传性或获得性造血系统疾病、间充质干细胞对自身免疫病患者进行免疫调节等。新冠肺炎疫情暴发以来，干细胞，尤其是间充质干细胞也被应用到重症以及危重症的救治研究当中。然而，通常干细胞获取比较困难，数量也极其有限。为了获取足够数量用于治疗的干细胞，必须进行体外扩增。然而，随着扩增代数的增加，干细胞的生物学功能逐渐减弱，这使得可应用的干细胞可用代次有限，导致干细胞资源稀缺，难以满足庞大的市场需求，而其高昂的成本也极大限制了干细胞产业发展。因此亟需一套解决干细胞数量严重短缺的方案。研究人员介绍，目前的干细胞培养系统存在四大痛点——增殖能力不足，细胞产量低；功能丢失，治疗效果差；干细胞纯度低，安全风险大；细胞资源稀缺，生产成本高。简而言之，现有的培养系统极易造成培养的干细胞不够用、不好用、不敢用和用不起的问题。“这是由于一般的干细胞扩增使用的培养表面不能很好地仿生体内微环境导致的。” “奇府”团队负责人、南开大学生命科学学院博士生陈国强介绍，在多细胞生物中，没有一个细胞是孤立状态，细胞间的相互作用尤为重要。如果把干细胞培养环境比作“房子”，细胞间相互作用就是一根重要的“支柱”，没有这根“支柱”，“房子”就摇摇欲坠。那么，如何实现体外微环境构建呢？研究团队以干细胞仿生培养材料入手，全面优化配套培养体系。首先，研究团队筛选多种细胞间相互作用蛋白，分析其基因以及蛋白序列，随后选择几种基因利用基因工程技术构建融合蛋白基因，通过生物合成技术稳定批量制备人工基质蛋白产品，最后利用纳米涂层技术在传统材料表面形成人工基质蛋白涂层实现表面功能改性。“奇府”团队通过先进基因工程技术制备的核心产品，其基质成分明确稳定，量产纯度＞95%，且为人源蛋白，能够更好地调控人源干细胞，且更为安全。同时，“奇府”干细胞赋能体系大规模构建细胞间相互作用的核心蛋白，很好地在培养平面上实现了体内微环境的仿生，从而使细胞功能得以维持。此外，“奇府”产品通过细胞间相互作用蛋白仿生调控干细胞生长微环境，缩短干细胞增殖周期同时延缓干细胞衰老，使可用的干细胞数量大大增加，扩大了干细胞的生产规模，降低了干细胞的生产成本且减少了患者等待的时间。“我们的培养技术补齐了最后一根‘支柱’，仿生干细胞微环境，在体外构建了干细胞生存之家，而且还是一个温暖舒适的‘阳光房’，达到高效增殖、安全使用、功能提升和成本降低的四大效果。”陈国强说。“为了实现最好的干细胞培养效果，进行培养体系各组分详细优化，从培养基质的成分配比，作用时间到培养基的选择以及细胞消化液组成都进行了数百次以上的尝试。”项目骨干秦政介绍。干细胞扩增技术成熟后，“奇府”团队开启了针对干细胞不同用途赋能体系的开发。干细胞的行为受到其所处的微环境的影响，要想让干细胞发挥指定的功能，需通过微环境对其进行精准调控。为实现这一目的，“奇府”团队通过查阅各种疾病以及发生发育相关论文，不断优化培养体系，先后开发出心肌修复、血管再生、免疫调节以及关节修复等4种干细胞赋能体系。在相应疾病模型小鼠试验中，相较于传统基质表面培养的干细胞，“奇府”赋能的干细胞具有更加显著的治疗效果。截至目前，“奇府”干细胞防生赋能系统涉及的相关技术现已获得十余项国内外发明专利，发表科技论文100余篇。基于领先的仿生构建技术和良好的实验效果，“奇府”团队还将研究成果积极向产品转化，将人工基质蛋白及其配套的培养体系简化组合形成了简单易用的试剂盒产品。“目前，我们的团队已与国内干细胞生产企业和相关医疗机构达成良好的合作关系，将产品提供给合作单位进行试用，得到了很好的评价反馈。未来，我们希望以市场化的方式，将‘奇府’系列产品规模化推入市场，真正助力我国的干细胞研究和应用。”相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.201600114

根据《中华人民共和国标准化法》和《地方标准管理办法》，按照《青海省市场监督管理局关于开展地方生态环境标准复审工作的通知》（青市监函〔2023〕252号）要求，我厅组织对2021年之前批准发布的部分青海省地方生态环境标准开展了标准实施评估和复审，经技术审查等提出复审结论。现将《建设项目施工期环境监理导则》等16项青海省地方生态环境标准复审结论进行公示。公示时间：2024年4月11日至2024年4月25日公示期内，任何单位和个人如有异议，可以提出书面意见，单位意见应加盖公章，个人意见应署明真实姓名、身份证号和联系电话，于公示截止日期前反馈西青海省生态环境厅法规与标准处。联系人：张湧，联系电话：0971-8116762，地址：西宁市南山东路116号，邮编：810007，电子邮箱：zhangyongstu@163.com附件《建设项目施工期环境监理导则》等16项地方生态环境标准复审结论序号标准编号标准名称复审结论1DB63/T 1109-2012建设项目施工期环境监理导则继续有效2DB63/T 1144-2012污染源自动监控系统数据采集技术规范继续有效3DB63/T 1207-2013土壤 总硒的测定 原子荧光光谱法废止4DB63/T 1350-2015河湟谷地人工湿地污水处理技术规范修订5DB63/T 1342-2015三江源生态保护和建设生态效果评估技术规范继续有效6DB63/T 1607-2017公路铁路建设项目环境监理规范继续有效7DB63/T 1609-2017输变电工程环境监理技术规范继续有效8DB63/T 1635-2018氯化钾生产中尾矿的清洁处理技术修订9DB63/T 1723-2018石棉尾矿污染控制技术规范继续有效10DB63/T 1773-2020生活垃圾小型热解气化处理工程技术规范继续有效11DB63/T 1778-2020污染影响类建设项目环境监理规范 继续有效12DB63/T 1777-2020农村生活污水处理排放标准修订13DB63/T 1870-2020水质 涕灭威的测定 液相色谱串联质谱法继续有效14DB63/T 1871-2020牧草 7种金属元素的测定 微波消解电感耦合等离子体质谱法继续有效15DB63/T 1872-2020牧草 汞和砷的测定 微波消解原子荧光法继续有效16DB63/T 1873-2020固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定β射线法继续有效

各市生态环境局、厅机关各处室、各直属单位、相关单位：为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国标准化法》《山西省标准化条例》等法律法规要求，进一步规范我省省级地方生态环境标准制修订工作，我厅制定了《省级地方生态环境标准制修订管理办法（试行）》，现予印发，请遵照执行。山西省生态环境厅2024 年 4 月 11 日(此件主动公开) 晋环规3号.pdf

记者24日从中科院昆明动物研究所获悉，该所郑永唐团队中科院大连化学物理研究所秦建华团队合作，建立了一种仿生肠芯片感染模型，为新冠病毒致病机理、传播途径研究和快速药物评价等提供了新的思路和方法。研究成果发表在著名国际期刊《科学通报》上。　　人体内肠道具有消化、吸收和分泌等功能，也是人体最大的免疫器官。新冠病毒感染病人主要以呼吸道症状为主，但仍有20%～50%的患者具有明显胃肠道症状，包括腹痛、腹泻、便血，甚至肠道穿孔等。在新冠肺炎患者的粪便样本中，还可发现病毒RNA，这意味着肠道有可能是新冠病毒攻击的另一主要靶器官。但此前，鲜有针对新冠病毒诱发肠道感染的研究，感染机制也不清楚。　　研究团队从人体肠道结构和功能特点出发，仿生建立了一种多层设计的可灌注肠芯片装置，模拟包含多种人源肠细胞、组织界面、3D细胞基质和机械流体等复杂因素的肠组织微环境。在昆明动物研究所BSL-3实验室，他们利用这组装置开展了相关研究。　　研究发现，当肠芯片装置暴露于新冠病毒后，在人肠上皮细胞内可见大量病毒复制，同时出现绒毛破坏，粘液分泌细胞分布异常，钙粘蛋白表达水平降低等多种肠组织屏障损伤改变。此外，病毒感染还可导致血管内皮细胞损伤，细胞数量明显减少以及细胞间连接蛋白表达降低等改变。此外，病毒感染可诱发人肠上皮细胞和血管内皮细胞异常响应。　　研究团队还首次尝试利用微流控仿生肠芯片装置，探究新冠病毒诱发的肠道感染，发现新冠病毒可导致人肠组织屏障功能障碍、内皮细胞损伤和炎症反应等一系列病理过程，反映了基于组织水平的肠器官生理特点，以及对新冠病毒的病理响应。整套装置具有建模周期短、耗费低和易于动态观测等优势。　　“下一步还可结合人体多种肠道免疫细胞和肠道微生物等因素，在芯片上建立更加复杂的肠道免疫微环境，这对深入研究肠道病原体与宿主间相互作用，以及病毒传播途径等具有重要意义。”郑永唐研究员说。

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 天然木材的独特取向孔道结构赋予其轻质高强的特点，有关仿木头结构的研究是国际上仿生材料研究领域的热点之一。然而，传统的仿木头结构材料是“徒有其型”，以往研究实现取向孔道结构的模仿，但其力学性能远不能令人满意。例如，目前开发的陶瓷基仿木头结构材料，密度高、强度低、缺陷多，且制备过程需要高温烧结（通常& gt 1500℃）。因此，如何制备真正具有轻质高强特点的仿木材结构材料是仿生材料研究领域面临的挑战。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，中国科学技术大学教授俞书宏带领的科研团队，发展了一种冰晶诱导自组装和热固化相结合的新技术，以传统的酚醛树脂和密胺树脂为基体材料，研制出一系列具有类似天然木材取向孔道结构的新型仿生人工木材。该系列仿生人工木材具有轻质高强、耐腐蚀和隔热防火等优点。8月10日，相关研究成果以Bioinspired polymeric woods为题，发表在《科学进展》上，Science杂志科学新闻以This synthetic wood is as strong as the real thing—and won’t catch fire为题，对该成果进行报道。论文的共同第一作者为博士后于志龙和硕士生杨宁。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 研究人员研制的一系列树脂基仿生人工木材，具有类似天然木材的取向孔道结构，并且壁厚和孔尺寸具有很好的可调控性（图1）。这种方法可以复合多种纳米材料以制备多功能复合人工木材，而且简单高效，容易放大生产。这种取向孔道结构的人工木材具有突出的机械性能，压缩屈服强度优于已开发的多种仿木结构的陶瓷材料，且与天然木材性能相当（图2）。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 与天然木材相比，仿生人工木材最大的优势在于其耐腐蚀性、隔热和防火性能。研究中，由于选用热固树脂材料作为基体材料，所制备的仿生人工木材具有很好的防水、耐酸腐蚀的特点，在水和硫酸溶液中浸泡30天，其力学强度均没有衰减。得益于其取向孔道结构和孔壁中复合的纳米材料，与石墨烯复合的人工木材具有很好的径向（垂直于孔道方向）隔热效果，最低热导率可达20.8 mW/mK（毫瓦每米每开尔文）。考虑到人工木材的高比强度（压缩强度/密度），这种人工木材比其他工程材料和气凝胶材料具有更好的实用性。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 易燃性是天然木材在实际应用中面临的最大问题，而防火阻燃则是人工木材最大的优点，通过复合不同的纳米材料可以进一步提高其防火隔热性能。这种人工木材具有很好的防火性能，在火焰引燃后能够迅速自熄灭，这正是天然木材无法克服的缺点（图3）。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 作为新型的仿生工程材料，其多功能性优于传统的工程材料，这类人工木材有望代替天然木材，实现在苛刻或极端条件下的应用。此外，这种合成方法为制备和加工一系列高性能仿生工程材料提供了新思路，其功能的可设计性等优点将有助于拓宽该方法和制备的材料在多种技术领域中的应用。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 研究工作受到了国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点项目、国家重大科学研究计划、中科院前沿科学重点研究项目、中科院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心、合肥大科学中心卓越用户基金的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/c895eb45-70cf-43ff-aab8-0ff33f62ec9c.jpg" title=" 1.jpg" / /p p 图1.人工木头的制备过程示意图。（A）树脂聚合物的混合溶液；（B）取向冷冻和干燥后具有取向孔道结构的聚合物干胶；（C）固化后的树脂基仿生木材；（D）酚醛树脂基（上）和密胺树脂基（下）仿生木材实物照片 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/bfab837c-f8d1-4bf4-9074-6c413ea1b18d.jpg" title=" 2.png" / /p p 图2.仿生人工木材的照片、结构和力学性能。（A）酚醛树脂基人工木材与微观结构；（B）密胺树脂基人工木材与微观结构；（C）人工木材的力学性能与其他工程材料对比图。 /p p /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/ae899219-4c1e-441d-8fb4-78eb4a0fd45c.jpg" title=" 3.jpg" / /p p 图3.人工木材的防火性能和巴尔杉木的易燃性对比。（a）CMF人工木材；（b）CPF人工木材；（c）CPF/GO复合木材；（d）巴尔杉木。 /p p br/ /p

感知机械刺激并将其转化为生物电信号以完成信息感知、传递和计算，是自然界动物生存和进化的基本生理机制，在此基础上，还可以演化出各种各样的用以应对复杂多变环境的智能行为，如信息处理、学习、判断、反馈等。在哺乳动物体内，机械刺激感知的离子通道蛋白在不同组织器官的机械感觉和转导中发挥着重要作用。通过离子通道、细胞膜受体和细胞内信号通路，将机械刺激转化为生物信号，并被细胞识别感知。 　　模拟上述的生物智能行为是面向人工智能领域的功能集成系统的重要发展目标，也是未来柔性机电系统设计的重要方向。然而，目前的柔性机电智能系统的设计基本上是依赖于分布式功能单元的集成，系统的功能性集成是通过组装不同单一功能器件来实现的，不同单元之间的连接和协调不匹配问题十分突出。因此，如何在有限的系统空间内高度集成供能、传感、信号转化和信号处理等多种功能已经成为了人工智能系统开发所面临的重大挑战。 　　近日，中国科学院理化技术研究所刘静、饶伟团队从生物压电离子通道蛋白功能机制中获得灵感，设计了一种面向柔性人工智能领域的仿生液态金属机电一体化器件(LMMD)。在生物体内，机械刺激将引起压电离子通道蛋白的开关，从而触发细胞膜内外产生离子梯度；类似地，基于液态金属的机电耦合效应，机械刺激将引起液态金属液柱的双模态切换，从而触发电极间产生电荷梯度，形成自供能的输出状态切换行为(图1)。LMMD的机电性能遵循生物神经系统的响应机制，符合全或无定律，输出信号的信噪比可达40 dB(图2)。 　　基于LMMD的输出状态切换行为特性，可以构建出不同的信号运算功能，其中包括信号逻辑运算、三进制线性运算(加、减法运算)(图3)，以及信号模拟运算(信号放大和信号滤波)(图4)。另外，研究进一步证实了LMMD在智能识别、信息编码、通信和控制等方面的潜在应用价值(图5和图6)。这项工作将为推动新一代柔性人工智能系统的发展开辟新思路。相关成果以 Biomimetic Liquid Metal Mechatronic Devices为题发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。 　　在柔性电子领域，团队近期还针对液态金属微纳电路制造的普适性难题开展了流体动力学分析，从仿生学角度提出了差动毛细效应诱导的自组装方法。相关成果以Bio-Inspired Differential Capillary Migration of Aqueous Liquid Metal Ink for Rapid Fabrication of High-Precision Monolayer and Multilayer Circuits为题发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。图1 LMMD的仿生设计。a. i)压电蛋白的压敏行为。ii) LMMDs的仿生的状态切换行为。b. LMMDs的集成功能及其在柔性人工智能系统中的应用。图2 LMMD的机电特性。a. LMMD的响应过程。i) LMMD的管道式拓扑结构。ii) 激活阶段；iii) 恢复阶段。b.液态金属液柱与电极间距的影响。c.溶液浓度的影响。d. 溶液种类的影响。e. 器件串联的输出响应。f. 输出信号的时序控制，包括信号超前、信号同步、信号滞后。g. LMMD的各组成部分的柔性评估。图3 LMMD的逻辑运算功能。a. 构建的逻辑门的结构原理图。b. 逻辑门的真值表和输出电位信号。c. 三进制加、减运算器的结构原理图。d. 加法运算的输出电位信号。e. 减法运算的输出电位信号。图4 LMMD的模拟运算功能。a. 第一种器件结构示意图。b. 第二种器件结构示意图。c. 信号放大。d. 信号滤波。e. 对于第一种器件结构，输入占空比与输出占空比的关系。f. 对于第二种器件结构，输入占空比与输出占空比的关系。g. 对于第一种器件结构，波长与输出占空比的关系。h. 对于第二种器件结构，波长与输出占空比的关系。图5 LMMD的机电交互功能。a. 算法分析辅助的信息识别功能的原理示意图。b. 基于不同的按压习惯的输出信号。c. 输出信号特征的对比五星图。d. 信息通信和加密过程示意图。e. 在手动输入模式下，利用输出电位信号表示位置信息“TIPC”。f. 在自动输入模式下，利用输出电位信号表示情感信息“LOVE”。g. 在自动输入模式下，利用输出电位信号表示遇险求救信号“SOS”。图6 LMMD的机电控制功能。a. i) 蜘蛛对脚的阵列控制。ii) LMMD的阵列控制原理示意图。b. 四个碳纤维致动器同步控制。c. 四个碳纤维致动器的批量控制。d) 四个碳纤维致动器顺序控制。

记者28日从杭州医学院获悉，该校许秋然研究员团队联合华中科技大学科研人员，研发出一种基于亚微米通道异质膜的固态纳米通道生物传感器，实现了对不同pH值和线性范围为1皮摩/升—0.1微摩/升的超低浓度葡萄糖的无酶检测。相关研究论文近期发表于国际期刊《化学工程杂志》。活体细胞进行新陈代谢，会与周围环境进行物质交换，细胞膜上由特殊蛋白质组成的离子通道，就是这种物质交换的重要途径。在免疫反应、病原体感染等人体生理、病理变化活动中，细胞膜对糖类的识别起到重要作用。通过离子通道对糖类的分析检测，可以深入了解细胞间糖的选择性跨膜吸收和转运，作为生命科学、临床医学等领域研究的关键参数。此前，糖类检测技术均是基于100纳米孔径以下的纳米通道有可识别的电化学信号，但纳米通道空间有限，电阻较高，目标分子响应信号弱。科研人员持续追求高灵敏度、低检测限的糖类检测技术。本次研究中，该团队设计了一种仿生离子通道，选择具有耐高温、良好吸附性和透水性等特性的阳极氧化铝多孔通道膜AAO，作为这一通道的基底；通过聚多巴胺—金纳米颗粒多层组装的方法，在AAO通道内壁上原位生成并固定了大量可调节大小和密度的金纳米颗粒；通过将大量的糖分子探针修饰在金纳米颗粒的表面，制得了具有ICR特性，并对糖类响应良好的亚微米通道孔径的异质膜。“通俗地讲，修饰探针分子，相当于在仿生离子通道墙壁上安装了摄像头。AAO孔径269纳米，具有更大的修饰空间和流体运输通道，可输出更强的目标分子响应信号。”许秋然解释道，具有ICR特性，相当于给摄像头输入识别程序，更易识别细胞中糖类的电化学信号特征。许秋然表示，这一方法具有通用性，可据此研发出检测仪器，糖类检测仅是抛砖引玉，提供一个具体的检测案例。异质膜作为基底具有普适性，可拓展检测范围，通过修饰分子探针，对氨基酸、蛋白质、DNA等物质进行检测，好比给摄像头输入不同的程序，让它识别不同的对象。

内容介绍微组织阵列技术结合组织工程学、生物材料学、细胞生物学及药学等交叉前沿学科，在体外构建仿生生理、病理微环境。3D体外仿生生理、病理微组织模型更似体内，为提高前期药物筛选效率、发现新基理、实现精准治疗提供有效的研究工具。本次网络讲座将介绍该技术在肿瘤和纤维化药物筛选和临床用药指导中的应用。 讲座题目：3D仿生生理和病理微组织阵列技术助力药物研发和临床治疗讲座时间：2019年4月11日14:00-15:00讲座形式：网络讲座，只需要手机或PC即可参与（会前通过短信和邮箱发送会议链接） 听干货讲座，赢精美礼品！我们将从直播参会者中抽取5名幸运儿送出我们的精美礼品——天堂雨伞哦！即刻扫码报名