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共聚焦显微技术 | 生活中的仿生学


仿生学是指借鉴生物界中自然界已有的形态、结构、功能、行为和信息处理方式,将其应用于工程技术领域中的学科。

跳伞用的降落伞、木工用的锯子……都是人们根据大自然带来的灵感而发明的工具。在仿生技术中,微观尺度的仿生也是一个重要的研究方向,被广泛应用于纳米材料、纳米器件和生物传感器等领域。今天蔡司君带领大家一起来看一下生活中常见的仿生案例。

 

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莲叶效应


清晨的荷叶上总是布满了晶莹剔透的水珠,一阵风吹过,就像断了线的珍珠一样滚落,得益于荷叶表面的疏水性。

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它是由于其表面有微米级别的小结构,呈现出一定的凹凸形状,使得水滴接触面积减小,水滴在表面的附着力减小,接触角增大,这种小结构使得水滴无法在表面上停留并快速滑落,这种现象被称为“莲叶效应”。借助于激光共聚焦显微镜,这些微小突起的3D结构清晰可见。

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生活中常见的疏水材料荷叶精也是基于同样“莲叶效应”。荷叶精里所用到的碳氟材料是一种纳米级别的材料,通常由二氧化硅和碳氟化合物(例如氟化亚铁、氟化铝、氟化锌等)组成。这些碳氟化合物会在材料表面形成非常紧密的排列结构,形成类似于植物叶子表面的微观结构,从而使得表面能够表现出极强的疏水性。当水分子接触到这种表面时,由于表面能够迅速形成一个水滴,使得水滴的表面积非常小,从而使得表面能够抵御水分子的附着。

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魔术扣

衣物的表面通常具有环状的纤维,苍耳通过其表面细小的倒钩能够轻易的勾住衣物。同时,苍耳的钩有着一定的弹性,在被拉伸后能够恢复成倒钩的形状,这也是苍耳能够反复粘在衣物的原因。

苍耳挂在人的衣物上

 

生活中常用到的尼龙搭扣就是基于此而设计的。尼龙搭扣由两面组成,一面附有环状结构,另一面则由许多倒钩组成,当两者相接触,钩与环相结合形成紧密的状态。

我们可以清晰的看到尼龙搭扣上的倒钩结构。在观察时,通过倾斜镜筒,可以从侧面更清晰的看到这些倒钩。



 


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