多級生物粘附結構的實驗研究和仿製

《多級生物粘附結構的實驗研究和仿製》是依託香港理工大學深圳研究院，由姚海民擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多級生物粘附結構的實驗研究和仿製
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姚海民
• 依託單位：香港理工大學深圳研究院

項目摘要

在自然界中，以壁虎為代表的某些動物（如蒼蠅、蜘蛛）有著飛檐走壁的本領。它們的共同點就是腳底都長有微、納米的纖毛結構。實驗已經證明，壁虎正是通過腳底的納米纖毛結構，將原本十分微弱的分子間作用力（即范德華力）利用起來以支撐它的體重的。本項目計畫在已取得的理論研究結果的基礎上，擬對以壁虎為代表的幾種典型的生物粘附結構進行實驗研究，特別是進行材料和力學性能表征。從而了解其材料組成以及力學性能（如彈性模量、硬度、粘彈性等等）。更進一步地，本項目還計畫對壁虎的多級納米纖毛結構進行實驗室複製。擬採用注模法，以多孔陽極氧化鋁膜作為模板，高分子聚合物為注模材料。而結構的多級性，則通過分步交聯和納米纖毛列陣的自組織性得以實現。本項目的研究不僅能夠增加對生物粘附結構的認識與了解，驗證現有關於多級生物粘附結構的理論預測，而且人造仿生粘附結構在臨床醫學、攀爬機器人等諸多工程領域都有廣闊的套用前景。

結題摘要

壁虎之所以能夠在牆壁上行動自如得益於其腳底的微納米纖維狀結構。模仿壁虎的微納米纖維結構製備人工的粘附結構是本項目的主要任務。在本項目中，我們嘗試使用不同的多孔材料為模板製備多級微納米列陣，並最終利用青魚牙齒的牙本質層為模板成功製備了多級微納米纖維列陣結構，並對其進行了粘附性能的表征。與此同時，我們還對單根微納米實心纖維和空心纖維管進行了粘附性能的對比。我們的研究結果表明仿生微納米纖維結構具有優越的粘附性能。微納米纖維管的粘附性能不及相同尺寸的實心纖維。這主要是因為空心管端部的接觸面積不及實心管大而引起的。我們的製備方法的局限性是規模較小、成本高。大規模製備微納米纖維列陣結構還得有賴於低成本的製備工藝。本項目是製備仿生粘附結構的一次有益嘗試和探索。為今後仿生粘附結構的大規模製備和套用積累了經驗。