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Plasma Chemistry 1 仿生材料科技的新思维 多从自然界动植物中寻求灵感□ 从事以生物为材料主体的研究□ 再生利用, 源源不绝的概念□ 美国知名科学家 Stephen Wainwright更指出，仿生学将合合分子生物学并取代分子生物技术，成为21世纪最具挑战与重要性的生物科技！ 蜘蛛丝的强韧性； 蜻蜓出色的飞行本领； 苍蝇的多种特殊功能； 孔雀、蝴蝶美丽的翅膀； 夜间活动型蛾（Night Moth）的眼 蜂巢奇妙的构造； 蟑螂灵敏的感知能力； 啄木鸟的脑壳有最紧密组织的抗震骨骼； 墨鱼的瞬间加速可以达到每小时20哩； 蜂鸟飞行600哩旅程耗費不到十分之一盎司的能量； 荷花叶面有绝佳的抗污性 (self-cleaning properties )和拨水性 (water repellent )； 生物的骨骼构造比钢铁强硬； ……… Artificial Spider silk Silk properties: different kinds their functions Artificial Spider silk Silk properties Present Application 电子鼻 人工肌肉 昆虫的特异功能 电子鼻 以人工合成之peptide作为預測蛋白，作为传感器上的接受器 目前应用于医学上，准确度高达85% 可扩及应用于毒气侦测、环境监测… 炭疽偵測器；迅速發覺炭疽，即可救你一命（Rocco Casagrande) 美國麻省理工學院林肯實驗室正在研發的「科奈里」（Canary），便是偵測病原體表面獨特分子的創新科技。科奈里的偵測器由活細胞（也就是免疫系統的B細胞）組成，這些細胞已經過基因改造，會因細胞內鈣離子濃度的改變而發光。而且細胞表面有凸起的受體，只會結合特定病原體表面分子的獨特部位，所以當偵測器裡的細胞接上目標物時，這個動作就會使細胞內儲藏的鈣離子釋放出來，細胞就發光了。科奈里會讓檢樣通過數個充滿細胞的模組，因為每一個模組只針對一種選定的微生物，所以可以分辨出一種以上的病原體。 人工肌肉 工研院「仿生材料技术部」开发 微小电压使材料产生巨大变形 将开发尿道人工括約肌 昆虫的特异功能 视觉功能 通訊功能 建筑功能 存活了3亿年的昆虫 視觉功能 复眼为许多单眼的结合，可使焦距大幅縮短 应用复眼机制，可制造出极薄的感知器 通讯功能 昆虫的触角可感知区区1個分子，並找出数公里外的气味源 模仿家蚕蛾的神经网络，設計出「气味源探测器」 建筑功能 六角形組成的的蜂巢结构，既轻又坚固 日本新干线车厢采用「铝蜂巢结构」 此结构也用于机翼上 存活了3億年的昆虫-蟑螂 从感知風速到逃跑只需0.044秒，人类需要0.3秒 尾肢可對秒數2公分的風做出反应 可做微流速感知器 Problems 尚不能大量制造(e.g. 蜘蛛絲..) 敏感度尚达不到生物感知器(e.g.家蚕蛾触角…) 有些生物机制尚未能詳細了解(e.g.光合作用) 新思維 多從自然界動植物中尋求靈感□ 從事以生物為材料主体的研究□ 再生利用, 源源不絕的概念□ 仿生结构陶瓷 陶瓷材料的脆性和增韧问题一直是研究的热点之一，也是陶瓷材料得到广泛应用的关键问题之一?。 近二十年来，人们相继提出了长纤维或晶须增韧补强、颗粒弥散强化、相变增韧等多种强韧化措施，也取得了很多积极的研究成果。但是，这些强韧化措施的增韧效果还很有限，还没有从本质上解决陶瓷材料的脆性问题。 近些年来，人们从天然生物的研究中得到启示，天然的生物材料，如竹、木、骨骼、贝壳等，它们虽然具有简单的组成，但是通过复杂结构的精细组合，赋予这些生物材料具有非常好的综合性能。因此，在材料的设计和研究中，引入了仿生结构设计的思想?，通过“简单组成、复杂结构”的精细组合，来实现材料的高韧性、抗破坏及使用可靠性特性。 陶瓷材料的仿生结构设计，从很大程度上改善了陶瓷材料的脆性本质，为陶瓷材料的强韧化提供了一条崭新的研究和设计思路。 仿竹木结构的纤维独石结构陶瓷材料 仿贝壳结构的层状结构陶瓷 蓮花效應?? 在大自然裡，我們注意到植物葉面常可保持潔淨而不被沾污，這種特性經多年來的探討發現，與葉面上具有奈米(100~200nm)規則排列的粗糙結構表面和最外層蠟質低表面能疏水材料有關，奈米粗糙面是保護葉面不被污染的首要因素，即使被污染物附著於其上，也可輕易地以水沖刷帶走洗掉，達到自清潔效果(Self-Cleaning Effect)，此即所謂的「蓮花效應」(Lotus Effect)。 為什麼會有這種“蓮花效應”？ 用傳統的化學分子極性理論來解釋，不僅解釋不通，恰恰是相反。 從機械學的粗糙度、光潔