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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划生物仿生材料生物材料与人体仿生结课论文工商11-12张永超学号：几十亿年的进化历程使得自然界生物体某些部位巧夺天工，具有特殊性质，给人研究仿生材料以启迪。例如甲壳虫可以将糖及蛋白质转化成为质轻然而强度很高的坚硬外壳；蜘蛛吐出的水溶蛋白质在常温下竟变成不可溶的丝，却比防弹背心材料还要坚韧；鲍鱼以及人们通常认为用途不大、极简单的物质如海水中的白垩结晶形成的贝壳，其强度两倍于高级陶瓷。此外，自然界中还有许许多多具有神奇功能的普通物质，例如锋利的鼠牙可以咬透金属罐头盒；胡桃木及椰子壳可以抵抗
2、开裂；犀角可以自动愈合；贻贝的超粘度分泌液可以将自己牢固地贴在海底。生物系统的准确与精巧使科学家们折服，他们企盼能从生物体那里获得启示并设法解开自然界这一隐藏着的秘密简单的“原材料”经活的有机体合成后，其性能可远远优于利用当今高技术生产出的高级人工合成物。这是仿生材料学的研究课题，这门新兴的科学就是要研究生物物质的结构和功能，并以某种生物的特点进行材料的设计与制造。这样使材料科学、分子生物学、工程学、生物化学、甚至数学和物理学等都联合起来，共同投入研究。研究人员认为仿生材料学不仅可获得特殊性质的仿生材料，而且将对环境保护作出贡献。例如防弹背心材料是一种合成纤维，它的提取要在高温下利用滚沸的硫酸
3、作为溶媒，整个生产过程要消耗大量能源，原材料本身又有毒性，废液也难以处置。而蜘蛛吐的丝是可再生的，形成丝的过程是在常温下进行的，溶媒不是硫酸而仅是用普通的水。蜘蛛丝不仅可以分解，而且分解后不会对环境造成污染。生物材料的功能往往不是单一的，因而深入研究生物材料的生成过程可以使人工合成材料具有更奇妙的特性。例如仿生合成材料可能具有甲壳虫外壳优良的物理性能，或许可以感测并适应周围环境。如果飞机机翼材料具有了这种性质，在遭到损坏时，它可以察觉出来并能自身修复。研究人员还设想利用人工合成蛛丝生产出高强度的吊桥缆索、抗撕裂降落伞；通过改变动物细胞的基因使其生长出新的质硬组织来代替受损的骨骼和牙齿；仿犀牛角
4、材料制成的汽车在相撞后会自动恢复原貌；仿生微型马达将可以像人体那样把化学能变为机械能；药物输送系统通过感测人体内的变化精况而在准确的部位释放出所需的适当药量。现代仿生学已延伸到很多领域，建材仿生是其应用领域之一。而功能仿生建材又是建材仿生的突出代表。研制功能仿生建材的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知等，也就是说能够研制出智能化材料。解剖学研究表明，动物或人的皮是具有多功能结构的典型智能生物材料之一，具有可弯曲变形、调节温度、防水、阻止化学物质和细菌进入及自修复等功能的复杂层状组织。人们从这里受到了启发，在一些高层建筑上，应用恰当的装饰材料，将风、光等对建筑产
5、生负面影响的能量，转化为高层建筑环境所需能量的一部分，化害为利，变废为宝，创造更富有活力的生存与行为环境，并满足节能的要求。如比利时首都布鲁塞尔马蒂尼大厦的建筑师和工程师，模仿变色蜥蜴的皮肤对环境能做出反应的特点，在建筑界面外装置一层遮阳百叶作双层皮，通风管道置于双层皮中。夏天可阻挡阳光，减少冷气负荷，冬天双层皮又可用作日光采集器，加热空气预热空调。这样既达到了装饰的目的，又达到了节能的目的。建筑物的防水材料一直是个难题，而人和动物的皮肤具有很好的防水性能。汗液可以渗透出来，外面的水却透不进去。这一巧妙功能，促使人们正在探索皮肤微观结构的奥秘，它将为解决建筑防水问题开辟新的途径。荷叶出污泥而不
6、染，历来为世人所称赞，人们利用这种“荷叶效应”，研制出各种自洁净、防污渍材料和涂料，如自洁净玻璃，还有利用自洁净技术生产出的涂层涂覆在水龙头、门窗等不会沾上手印及污渍等。目前建筑物所使用的承重材料主要是钢材、木材、石材、混凝土以及钢材和混凝土的组合材料，这些材料的弹性模量大，即刚度较大，在外力作用下的变形几乎用肉眼看不出来。多数材料在接近极限荷载时发生突然破坏，使得人们无法进行破坏前的预防。而生物体的功能之一就是能向外界传达自身的异常状态。例如人体，当睡眠不足的时候，眼睛会充血；体内被病菌感染时，体温会上升发烧等等，这些都是对自身的异常状态向外传递信号。具有自我诊断、预告破坏功能的材料就是在这
7、种思想的启发下进行研究的。功能仿生材料更加高级的功能还有自我调节和自我修复功能。即材料能够根据外部荷载的大小、形状需求等，对自身的承载能力、变形性能等进行自我调整，符合外部作用的需要，这种性能就是自我调节功能。自我修复功能是指材料本身具有类似于自然生物的自我生长、新陈代谢的功能，对遭受破坏或伤害的部位能够进行自我修复、自愈再生，这样建筑物的寿命可大大延长，安全性也会得到很大程度的增强。智能建材的探索和研究虽然还刚刚起步，但是随着材料科学、电子技术以及自动控制手段的不断进步，必将不断取得新的进展，未来的建筑及所用的材料将走向智能化。随着时代发展与变化，军事仿生设计也越来越受到人们的关注。仿生设计
8、在军事上的成功应用有很多例子。如猫的眼睛与夜视仪。漆黑的夜晚，猫能清楚地观察老鼠的一举一动并敏捷地抓住它，其原因在于猫眼的视网膜上具有圆锥细胞和圆柱细胞，圆锥细胞能间感受白昼普通光的光强和颜色，圆柱细胞能感受夜间的光觉。一般只能在白天活动的动物如鸟、鸡等，它们的视网膜中常常只有圆锥细胞；而另一些只能在夜活动的动物如猫头鹰，其视网膜上只有圆柱细胞。此外，猫眼还有一个特点，在它受弱光时，瞳孔能够随着光的不同强度而自动调整。所以，阳光很强时，你会看到猫眯着它的双眼，瞳孔已缩小成直线般的细缝，保证只让少量的光线进入瞳孔内。而在光线十分微弱的晚上，瞳孔又能放大呈圆形，以便保证在黑暗中也能看清楚各种物体。
9、军事科学家们便模仿猫眼的奥妙研制出了大有用处的微光夜视仪。仿生科学与技术在生物材料力学和机械力学上的应用。以骨或软生物材料与人体仿生结课论文通过半个学期的学期，对于生物材料与人体仿生有了一定的了解。一方面通过上课的学期对于这方面的知识有了一定的了解，同时也利用了课余时间上网搜集了关于生物材料与人体仿生方面的知识，对于这门功课有了一定的了解。我想从两个方面讲诉一下我对这个的理解，以及我所知道的知识。1.生物材料生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞
10、生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。生物功能性，指生物材料具备或完成某种生物功能时应该具有的一系列性能。根据用途主要分为:承受或传递负载功能。如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位*控制血液或体液流动功能。如人工瓣膜、血管等*电、光、声传导功能。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等填充功能。如整容手术用填充体等生物相容性指生物材料有效和长期在生物体内或体表行使其功能的能力。用于表征生物材料在生物体内
11、与有机体相互作用的生物学行为。根据材料与生物体接触部位分为：血液相容性。材料用于心血管系统与血液接触，主要考察与血液的相互作用与心血管外的组织和器官接触。主要考察与组织的相互作用，也称一般生物相容性力学相容性。考察力学性能与生物体的一致性研究对象：心、脑血管组织工程支架材料；骨及软骨组织工程支架材料；新型功能复合生物材料；口腔材料；人工器官材料；微胶囊材料；药物控制释放材料；载药栓塞剂；生物微反应器研究内容：力学性能；理化性能；耐蚀性能；材料表面改性；细胞黏附性能；组织相容性、血液相容性；生物安全性；生物降解性；骨传导性；血液-材料相互作用评价；体内实验及评价；生物材料临床应用分类：生物材料应
12、用广泛，品种很多，其分类方法也很多。生物材料包括金属材料、无机材料和有机材料三大类。有机材料中主要是高分子集合物材料，高分子材料通常按材料属性分为合成高分子材料、天然高分子材料；根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性、生物活性(bioactive)或生物降解材料，高分子聚合物中，根据降解产物能否被机体代谢和吸收，降解型高分子又可分为生物可吸收性和生物不可吸收性。根据材料与血液接触后对血液成分、性能的影响状态则分为血液相容性聚合物和血液不相容性。根据材料对机体细胞的亲和性和反映情况，可分为生物相容性和生物不相容性聚合物等。特点生物材料主要用在人身上，对其要求十分严格，必须具有四个特性：生物功
13、能性。因各种生物材料的用途而异，如：作为缓释药物时，药物的缓释性能就是其生物功能性。生物相容性。可概括为材料和活体之间的相互关系，主要包括血液相容性和组织相容性。化学稳定性。耐生物老化性或可生物降解性。可加工性。能够成型、消毒。生物机体作用于生物材料材料反应，其结果可导致材料结构破坏和性质改变而丧失其功能。可分为如下三个方面：金属腐蚀聚合物降解磨损较优秀的生物医用金属材料有，医用不锈钢、钴基合金、钛及钛合金、镍钛形状记忆合金、金银等贵重金属、银汞合金、钽、铌等金属和合金。2.人体仿生人体仿生，顾名思义就是对于人体的有些不可治愈的疾病，通过生物材料的研制，应用于人体，使人们的生命得以延长。通过在
14、网上搜集资料，对于现在的人体仿生技术有了一定的了解，下面是十大人体仿生技术。可替换大脑部件现在替换大脑的某一部分可不像更换腿脚那样容易，但在未来可能就会这么简单。南加州大学(UniversityofSouthernCalifornia)的西奥多?伯格(TheodoreBerger)教授制造了一个电脑芯片，可以替换大脑里负责控制短时记忆和空间知觉的海马体。海马体经常会因为老年痴呆症和中风而损伤，而通过植入人造海马体，就可以帮助这些患者维持正常的人体机能。这种人造的海马体当前正在测试中，期待未来会有更大进展。老男人，新生活勃起功能障碍能让一个男人失去生活的乐趣，然而维克森林大学(WakeFores
15、tUniversity)的安东尼?阿塔拉(AnthonyAtala)和他领导的团队想出的新办法能帮助老男人们焕发出第二春。阴茎的勃起需要海绵体充血。在XX年，阿塔拉成功地在摘除了海绵体的雄兔身上增殖出了新的海绵体。新培殖的组织是由兔子自身的细胞生长出来的。仅仅在一个月之后，兔子们恢复了性功能。人造细胞有时我们可能需要把药物准确地送到某个身体部位，口服药物和注射可能都不能达到这个目的。宾夕法尼亚大学(UniversityofPennsylvania)的生物工程学教授丹尼尔?哈默(DanielHammer)给我们提供了一个更好的方法：聚合物制造的人造细胞。这种人造细胞可以模仿人体白细胞在人体内部轻松运动。这些名为“c”的人造细胞可以携带药物直接抵达所需部位，更轻松、更安全地治疗一些疾病，甚至是癌症。可穿戴的肾脏对肾脏功能不良者而言，要想满足一些最基本的生命需求，如滤除血液中的毒素、维持体液水平平衡等，都需要把身体和干衣机那么大的透析机连上几个小时。一种新型的可携带人工肾脏能够改变这种状况，这种新型产品可以固定在腰带上，而且体积小，重量轻。由加州大学洛杉矶分校(UCLA)的马丁?罗伯茨(MartinRoberts)和戴维?B?N?李(DavidB.N.Lee)共同设计的这种自动的，可穿戴人工肾脏(AWAK)，虽然个头小，但比传统的透析机更好用，它可以像真正的肾
