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【科技前沿】 猪笼草口缘区液体单向运动现象揭示

猪笼草口缘区在湿润环境下显现出超滑特性,昆虫常会“失足”滑落而被捕食。往口缘区滴一滴水,水滴不但不往下走,反而向上“跑”。我国科学家研究发现,这种奇特的定向搬运液体现象是因为其表面独特的微纳结构——楔形盲孔组成沟槽。相关研究成果7日被《自然》杂志在线发表,这也是该杂志首次刊发我国高校机械工程学科领域成果。


论文第一作者、北航机械工程及自动化学院陈华伟教授接受科技日报记者采访时说,他们的目标是做超滑防粘医疗电刀。但是这种特性的材料并不好找。他们把目光投向大自然时,无意中发现猪笼草口缘区在湿润环境下显现出超滑特性,昆虫很难驻足。“一直以来,科学家们对猪笼草类叶片形貌做了大量微观研究,对其表面微纳结构特征也有了一些了解。但是很多研究仅局限在微观结构表征上,很少涉及到作用机制研究。”陈华伟说。


陈华伟和团队成员深入研究了猪笼草口缘区微观结构特征,首次发现液膜单方向搬运的神奇现象,提出了基于梯度楔形盲孔、梯度拱形边缘的单方向液膜搬运表面的仿生设计新方法,同时基于生物复制成形方法实现了逼真形貌的转移制造,揭示了表面亲水、疏水特性对单方向液膜搬运能力的影响规律,为仿生设计与生物制造打下了技术基础。


陈华伟告诉记者:“单方向液膜搬运无需动力且可实现坡度搬运,研究成果可直接用于自润滑、MEMS以及医疗器械表面防粘、无人机表面防冰等。”目前他们已经将相关成果应用到手术刀上,下一步将着力解决大面积应用。


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