神奇的仿生材料，解锁大自然的“颜质”力量

发表时间：2024-11-01 14:46:39 浏览次数：187

鲨鱼皮鳞片与泳衣的关系

潜艇与鱼类的关系

同学们知道吗？

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在大自然这部宏伟的史诗中，每一根细如毫发的蜘蛛丝，每一片翠绿欲滴的树叶，每一只振翅欲飞的昆虫，都是巧夺天工的奇迹，它们身上蕴藏着令人惊叹的力量和秘密。

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为了向青少年普及科学知识，培养青少年创新精神和实践能力，10月31日，广东省呼吸与健康学会、广东省钟南山医学基金会、生物岛实验室联合佛冈县教育局，特邀广州实验室刘倩研究员，共同走进佛冈县迳头镇中心小学开展“院士专家科学大课堂”——“一花一木一世界，从大自然解锁新科技”主题科普实践活动，现场150余名师生共同参与活动。

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△刘倩研究员

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△科学课堂现场

从字面上来理解，“仿生”意思就是模仿生物。目前，仿生材料已经在生物学应用中发挥了巨大的潜力。从三百年前通过鸟类形态设计出飞机，到利用生物各类性质设计出多维生物材料应用至各个领域。比如，仿生材料能够模仿生物体的结构和功能，被应用于心脏支架、关节置换和组织工程等；仿生材料还可以被设计成新型的药物载体，可以用于靶向递送、缓释药物等；此外，基于仿生设计的生物传感器，能够检测和测量生物分子、生理信号等。

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“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖”“同学们都听说过荷叶效应吗？”活动伊始，刘倩研究员以“大自然中的灵感”为引子，巧妙地揭开了“仿生学”的面纱，激发了现场学生们的好奇心与求知欲。随后，通过讲述荷叶超疏水现象等案例，刘倩研究员详细介绍了仿生学在应用研发中的作用，让孩子们有了全新的认识和感悟。

仿生学，作为一门融合生物学与工程学的交叉学科，正是打开这扇创意之门的钥匙，引领着青少年踏上一段开阔创新思维的奇妙旅程。

刘倩研究员在科学课堂上播放“高铁列车头——来自翠鸟啄的启发”的故事：1980年代，日本的新干线列车遇到了问题，由于速度很快，时速能达到170英里。每当它离开隧道时，它就会产生一个响亮的音爆，扰乱周围的居民区。在隧道内声波会被压缩，直至爆裂，产生的音爆十分刺耳，原因是列车的车头是子弹型，因此它会“推挤”前方的空气而非“切穿”过去。有一位负责重新设计列车的工程师爱好观察鸟类。他从翠鸟的喙中汲取了灵感。翠鸟长而有力的鸟喙末端收窄成一个点，当它顺畅地滑入水中时几乎不会溅起一点儿水花。工程师们测试了不同的列车设计，发现可以通过复制翠鸟喙的形状，来减少空气阻力、功耗，并减弱隧道轰鸣。这种科学探索不仅锻炼了青少年的思考能力，还加深了他们对仿生原理的理解。刘倩研究员鼓励学生们，在日常学习和生活中通过实践探索，将所学知识应用于实际问题中，从而培养出自身解决问题的能力和创新精神。

随后，揭辉洋工程师和计阳晴老师精心设计实验内容，以生活中的结构色为切入点，列举翅膀上具有蓝色金属光泽的闪蝶、背壳上五彩斑斓的金龟子等案例进行讲解，介绍什么是结构色、产生结构色的原理，以及具有结构色的材料-光子晶体、怎样制备光子晶体、光子晶体的应用等，通过互动式讲解揭开高科技新材料光子晶体的面纱，同学们跃跃欲试，纷纷上台参加实验操作，感受到了光子晶体结构色的魅力。