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科学研究
 
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Nature Communications | 人造抗反射网粒体相关研究
发布者: 日期:2017/11/3 浏览次数: 3132次

物竞天择的自然法则和优胜劣汰的筛选机制促使自然界的生命在数百万年的进化中大都获得了一些独特的功能。这些独特功能的实现往往需要依赖于精心设计的微纳米结构。譬如,蝴蝶翅膀绚丽多彩的颜色来源于微纳米的沟槽或者凹坑阵列;荷叶的出淤泥而不染归功于成千上万的排列有序的微纳米突起。通过研究自然界中结构与功能的关联,已经启发人类设计了诸多具有优异性能的器件。然而,自然界中还有很多生物具有待揭示的独特功能,蝗虫分泌的网粒体就是其中重要的例子。


网粒体是一种中空的微米尺度颗粒,颗粒的壳层上有紧密排布的凹坑结构,使它的外形看起来很像足球或者富勒烯。蝗虫不停的把分泌的网粒体往身体上涂抹,生物学家发现这样做的一个重要原因是网粒体涂层能形成超疏水表面,从而防止蝗虫被其它蝗虫所分泌的粘稠排泄物所污染。生物学家预测具有自然界中最复杂结构之一的网粒体一定还有其它诸多未知的功能,包括在光学、热学、求偶等等方面。然而,局限于很难获得大量的网粒体,关于网粒体功能的研究变得极其困难。


在11月3日发表的NatureCommunications(2017, 8,1285)上,浙江大学杨士宽研究员和宾夕法尼亚州立大学的Tak-Sing Wong教授团队合作采用模板辅助、种子层诱导电化学沉积的方式,发展了一种制备大面积、具有均一结构的人造网粒体涂层方法。网粒体的结构可以准确的控制,这为系统研究网粒体的结构和功能的关联提供了样品。结合大量实验测试和数值模拟,确立了网粒体结构参数与对电磁波反射强弱的内在关联。研究发现,结构优化的网粒体在可见光到近红外区域具有优异的抗反射特性,因而在能源、传感、光电器件领域具有重要的应用前景。此外,通过设计网粒体的微结构,有望获得在中、远红外波段具有优异抗反射特性的网粒体涂层,为高效利用太阳能提供了一种可能。网粒体制备方法具有很强的普适性,适应于制备金属、金属氧化物、导电聚合物,乃至多组分网粒体,这为开发网粒体在其它领域的应用奠定了基础。最后,研究揭示网粒体很可能作为一种伪装涂层辅助蝗虫逃脱捕食者的侦测。


2016年,相同的团队骨干成员采用猪笼草启发的润滑液浸渍表面作为待检测分子的超高效富集表面,制备了润滑液浸渍表面增强拉曼散射(SLIPSERS)超灵敏检测平台,该平台适应于几乎在任何液体中对污染物、生物分子等的痕量检测(PNAS, 2016, 113,268-273)。目前杨士宽研究员团队正在进一步优化SLIPSERS平台,以期获得现实可用的检测系统。(课题组网站:http://person.zju.edu.cn/shkyang/698350.html


论文:Shikuan Yang*, Nan Sun, Birgitt Boschitsch Stogin, Jing Wang, YuHuang & Tak-Sing Wong*, Ultra-antireflective synthetic brochosomes, NatureCommunications2017, 8, 1285. https://www.nature.com/articles/s41467-017-01404-8

ShikuanYang*, Xianming Dai, Birgitt Boschitsch Stogin & Tak-Sing Wong*,Ultrasensitive surface-enhanced Raman scattering detection in common fluids. PNAS,2016, 113, 268-273. http://www.pnas.org/content/113/2/268.abstract




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