仿生复习资料

仿生学：是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等许多方面表现出的各种优异的特性，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。仿生学的任务：研究生物系统的优异能力及产生原理，将其模式化。再运用于新技术设备的设计与制造，或者使人造技术系统具有类似生物系统的特征。仿生学研究内容主要包括:电子仿生，控制仿生，机械仿生，化学仿生，医学仿生仿生技术：通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。仿生学例子:信息仿生：青蛙与电子蛙眼，水母与电子耳，电子鸽眼、电子鼻、电子耳控制仿生：蛇的红外探测，蝙蝠与超声波，蛾的反雷达技术，动物的天然导航根据空气动力学原理仿照鸭子头形状而设计的高速列车；模仿某些鱼类所喜欢的声音来诱捕鱼的电子诱鱼器；萤火虫和海蝇地发光原理研制出化学荧光灯;从苍蝇身上，仿制成小型气体分析仪；电鱼与伏特电池；根据对人体骨胳肌肉系统和生物电控制的研究，仿制了步行机；现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子;屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲；船桨模仿的是鸭的蹼；贝壳的蛋白质生成的胶体非常牢固可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上；船和潜水艇来自人们对鱼类和海豚沉浮的模仿；响尾蛇和空对空响尾蛇导弹；根据野猪的鼻子测毒的奇特本领制成了世界上第一批防毒面具。仿生设计的特点：艺术性和科学性，商业性，无限可逆性，学科知识的综合性，学科的交叉性仿生超疏水表面超疏水材料的应用：室外天线上，可以防积雪；远洋轮船，可以达到防污、防腐的效果；石油管道的输送；用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染；防水和防污处理；超疏水表面概念：水滴在该固体表面上的接触角达到150°以上，滚动角在10°以下的表面。特殊性能：1.自清洁效应2.减阻效应3.防污防腐超疏水原因分析：固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定：化学组成结构是内因：低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果。现代研究表明，光滑固体表面接触角最大为1200左右。表面几何结构有重要影响：具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表面的疏（亲）水性能荷叶不吸水原因：蜡质结晶本身的化学结构具有疏水性，所以当水与这类表面接触时，会因表面张力而形成水珠，再加上叶表的细微结构之助，使水与叶面的接触面积更小而接触角变大，因此，加强了疏水性，同时也降低了污染颗粒对叶面的附着力。超疏水表面的制备：表面微结构的构筑是超疏水表面制备的关键在粗糙表面修饰低表面能物质——模板法；将疏水材料构筑粗糙表面——粒子填充法仿生和纺织品功/智能纺织品：是指根据纺织品所应用的环境条件如温度、光、湿、磁、电等的刺激，能做出响应的纺织品。它们通过应变、变色、振动、导电、计算操作或贮藏能量等技术参数的变化对外界刺激做出响应。应用领域：包括军用和民用尤其军事领域，应用潜力更大。电子纺织品的特点：能检查、储存、控制信息；使用微型芯片标签，可以存储信息，通过天线进行无线数据交换；使用象纺织品那样柔软的聚合物元件。相变材料：在一定狭窄明确的温度范围（即相变温度范围内）可以改变物理状态的材料。应用方式：利用微胶囊技术将相变材料包裹成直径为几个微米的微胶囊（为防止液态材料的泄漏）几种热效应：冷却效应；加热效应；控温效应；隔热效应纺织品智能化途径：合成智能高聚物或对高聚物进行改性；智能加工整理；将特种纤维编入织物；将织物与特种膜材复合；织物组织结构设计；织物与电子元件等相结合。变色原理：变色类型涉及到受光、热、液体、压力、电子射线等的作用而产生显色、消色或变色；仿生识别材料-分子印迹聚合物分子识别和专一性结合：是整个生物学普遍存在和特有的现象，广泛存在于不同的生物大分子之间，例如抗原与抗体之间，蛋白质类激素、药物与受体之间，蛋白酶与蛋白质底物之间。抗体抗原结合：抗原是入侵者，被机体识别后，机体会产生反应来消灭不属于机体本身的物质（抗原），产生反应形成的物质就是抗体，抗体就是来对抗抗原的物质。决定抗体抗原特异性结合的关键—抗原决定簇分子印迹技术：指是指制备对某一特定分子(印迹分子又称模板分子)具有特异选择性的聚合物的过程。优点：预定性，识别性，实用性，稳定性高，使用寿命长且制备过程较简单。缺点：结合位点多样性，必须要有纯的分子做模板。分子印迹聚合物的制备方法原位聚合，沉淀聚合，悬浮聚合，种子溶胀聚合，表面模板聚合。应用：亲和分离，抗体结合模拟，酶模拟，生物模拟传感器，痕量物质的富集检测-固相萃取，平衡转移的控制，药物控制缓释，组合化学库的筛选，催化，DNA的检测，反蛋白石结构的制备。问题：分子印迹过程、机理及定量描述；如何在水性环境中进行分子印迹和识别；可用于制备MIP的原料品种都太少；对于多肽、酶、蛋白质和天然药物等生物大分子的成功印迹较少；商业化应用较少；食品添加剂与食品安全食品安全的概念可以表述为：食品（食物）的种植、养殖、加工、包装、贮藏、运输、销售、消费等活动符合国家强制标准和要求，不存在可能损害或威胁人体健康的有毒有害物质以导致消费者病亡或者危及消费者及其后代的隐患。我国食品卫生法的规定：为改善食品品质和色、香、味以及防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然物质。食品添加剂的作用：提高食品的保藏性能，防腐；改善食品的感官性状；利于食品加工操作，适应机械化、连续化生产；保持或提高食品的营养价值；满足某些病患者的特殊需要（如糖尿病人）食品添加剂应符合的要求：对食用者的生理影响要符合要求：毒理学要求、代谢过程、安全性；对食品的作用要符合要求：不产毒、不破坏、有效果；经济因素：价廉、易得、方便仿生食品主要种类及原料人造鸡蛋是用玉米、蛋白质、牛奶、面粉、维生素B1、B2及人体所需的矿物质混合制成。人造鸡蛋也有蛋清、蛋黄，但蛋壳是塑料的，鲜味同真鸡蛋。其特点是不含胆固醇，运输、储存方便。人造对虾以小海杂鱼、小虾为主要原料，研制成一种在外形、颜色和味道上与天然食品相媲美的人造对虾。其价格便宜，鲜嫩可口，营养丰富，易吸收，很受消费者欢迎。人造螃蟹肉以海杂鱼肉、面粉、鸡蛋、盐、豆粉、土豆泥、酒、色素为主要原料，用蟹壳熬汁搅拌均匀，然后挤压制成柔软的蟹肉。其色、形、味与真蟹无区别，这种食品在日本很畅销。人造瘦肉利用农副产品提取蛋白质和其他营养物质，组合成胶状液体，并将其纤维素制成与瘦肉一样的纤维层结构，再向纤维中添加蛋白质、脂肪、色素及有猪瘦肉味的物质，制成一种色、香、味、形与瘦猪肉一样的人造肉。人造瘦肉的蛋白质含量高于天然猪肉。其他仿生食品人造大米、人造苹果、人造咖啡、人造花生、人造蜇皮、人造虾仁、人造菠萝、人造牛肉干、人造燕窝等。海藻酸钠一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。具有几种很有趣的特性，它具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力。海藻酸盐可食而又不易被消化，在胃肠里具有吸水性、吸附性、阳离子的交换和凝胶过滤作用海藻酸钠功能：降血压、降血脂，降低胆固醇，预防脂肪肝；阻碍放射元素的吸收，有助于排除体内重金属；增加饱腹感，健康减肥；加快肠胃蠕动，预防便秘。经过低分子化的海藻酸盐具有更强的生物活性，具有明显的海藻酸钠保健作用：低分子海藻酸钾可调节及预防高血压、延缓心血管衰老、改善微循环；低分子海藻酸钠可降血脂；低分子海藻酸钙是补钙食品的新型钙源，易于吸收；低分子海藻酸锌可健脑益智及预防中老年痴呆症；低分子海藻酸铁可补铁、补血；低分子海藻酸镁可预防及治疗冠心病。生物矿化材料矿化：是在长期的地质作用下，无机矿物通过地下水、高温等作用向周围扩散，使得周围岩体含有一定量的该矿物质，并显露一些该矿物的属性。生物矿化：由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。生物矿化区别于一般矿化通过有机大分子和无机矿物离子在界面处的相互作用，在分子水平上控制无机矿物相的析出，从而使生物矿物具有特殊的高级结构和组装方式。生物矿化是一个在细胞调制下极为复杂的生物微组装过程，在分子水平上对晶体成核和生长进行精细控制，通过特殊的反应介质和细胞的参与调制矿化过程，因生物种类而异。主要由生物矿物材料组成的生物体有骨骼、牙齿、珍珠、贝壳、鹿角、珊瑚、硅藻等。碳酸钙、氧化硅等广泛存在于自然界中，甚至有的矿物质如羟基磷灰石、方解石等从组成和结晶方式来看，与岩石中的矿物是相同的，但一旦受控于这种生命过程，便具有常规材料不可比拟的优点，如极高的强度、断裂韧性、减震性能、表面光洁度，以及许多特殊的功能。