仿生智能薄膜:让惰性高分子“动起来”

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】深圳先进院作为我国重点科研院所之一,在各项技术研发等方面获得重要成就。日前,国家知识产权局直属的中国信息中心发布2017年第二季度发明授权量的科研院所排名,中国科学院深圳先进技术研究院以108件授权荣登,在发明公开量方面,深圳先进院以284件排名全国科研单位第三名。
该院所拥有一支专业、高水平的研究创新队伍和一套先进、的管理体制及合理完善的科技成果转移、转化机制,产生的研究成果得到国际同领域研发组织及专家的广泛认同,转化的科技成果被企业广泛接受与应用。是集人才、科研、管理为一体的国家研究机构。近期,该院所在光学成像、电池材料、生物医用材料等方面取得重要进展,为相关领域研究工作奠定了坚实基础。
深圳先进院超分辨光学显微成像方面取得重大突破
近期,中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员与美国国立卫生研究院Hari
Shroff教授合作,成功研发出新型双光子激发的超分辨光学显微成像系统,该系统同时具备超分辨光学显微成像功能和大深度三维成像能力,使光学超分辨成像深度推进至破纪录的250微米。
利用该技术,可以对细胞、线虫胚胎及幼虫、果蝇脑片和斑马鱼胚胎开展高清晰三维成像研究,成像效果显著优于传统双光子成像质量。值得一提的是,由于该技术提高了光子利用效率,从而降低了所需激光功率,可以对线虫胚胎的发育过程开展长时间、高清晰地三维动态观测。在长达1个小时的连续三维成像过程中未对线虫胚胎发育造成任何影响,该技术对胚胎发育研究具有重要作用。
先进院研发出新型低成本双碳钾离子电池技术
如今锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备、储能设备等领域。但随着锂离子电池逐渐应用于智能手机、电动汽车等领域,锂的需求量逐年快速增长,而锂的全球储量有十分有限且分布不均,造成原材料价格上涨迅猛,严重制约了我国低成本、高性能储能器件领域的快速发展。
近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其研究团队成功研发出了一种新型高性能、低成本双碳钾离子电池。该新型电池将大幅降低生产成本,还具有环保友好、安全性高、能量密度相对较高等优点,因此在大规模可再生清洁能源储存、通讯备用电源等领域具有广泛的应用前景。
先进院等研发出“不知疲倦”可长久持续运动的仿生智能薄膜
近日,中国科学院深圳先进技术研究院医工所仿生智能材料课题组杜学敏副研究员与华东师范大学张利东研究员合作,设计出了一种“不知疲倦”、快速响应的聚合物智能薄膜。
薄膜可通过不同的结构设计,实现定向运动,由此,可以用于监控空气中的丙酮浓度。这种智能薄膜还可以用于驱动其他材料、器件运动,更重要的是,这种“不知疲倦”的薄膜赋予了智能高分子材料全新的运动特性。
深圳先进院在生物医用高分子材料表面改性领域取得新进展
近日,中国科学院深圳先进技术研究院医药所生物医用材料与界面研究中心王怀雨课题组与朱剑豪教授合作,在生物医用高分子材料的表面功能化改性方面取得重要进展。研发团队提出了一种“等离子体浸没离子注入+溶液浸泡”的创新表面改性方法,能够简便、地将功能性生物分子共价接枝在生物医用高分子材料表面,从而显著改善其表面的生物学性能。
该项研究成果为生物医用高分子材料表面的多重功能构建提供了全新思路,并且拓展了PIII技术在生物材料领域的应用。
威尼斯城vnsc登入平台,先进院实现近红外光触发柔性电子器件自适应三维形变
日前,中国科学院深圳先进技术研究院医工所微纳系统与仿生医学研究中心杜学敏副研究员及其研究团队成功实现可通过近红外光触发柔性电子器件产生自适应三维形变,并在不同曲率基底表面的紧密贴附,且完整保持了电路连通性。
该研究成果不仅解决了柔性电极与生物系统之间有效信息交互存在的挑战,而且为未来将传感检测、药物缓释放集成到功能化柔性电极中提供了可能,更为新一代智能化柔性电子器件的设计提供了普适方法。有望用于穿戴与植入式电子器件,及神经康复、脑机接口等医学和生命科学前沿领域。
截止目前,该先进院累计申请超5000件,授权共计近2000件,PCT申请量超过900件,其中2016年PCT申请量位列科学院。同时积极开展知识产权转移转化,近三年累计转化金额超1.1亿元。可见,该院所在科研方面的研发实力和先进技术水平。此次,深圳先进院以108件授权荣登,不仅展示了该院所的科研实力,同时,也表明我国整体科研水平在不断提升,对于光学成像、电池材料、医药生物等相关领域的研发技术在不断提升,未来,将为相关领域提供重要帮助。

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PVDF/PVA双层膜的仿生形变。

这种薄膜可以持久运动,如果利用持久运动特性来发电,可极大拓展相关技术在自发电穿戴式、植入式电子器件方面的应用,而穿戴式、植入式行业拥有超千亿元市场规模。

花瓣形状的双层薄膜吸收丙酮分子后,花瓣翩翩起舞,犹如一朵在风中摇弋的萝卜花。“这是聚偏氟乙烯/聚乙烯醇双层膜的仿生形变。”中国科学院深圳先进技术研究院副研究员杜学敏告诉《中国科学报》记者。

近日,华东师范大学化学院博士生导师张利东课题组与杜学敏课题组合作,以聚偏氟乙烯和聚乙烯醇高分子材料为研究对象,通过模拟生物结构衍生规律,制备出新型智能柔性双层高分子膜材料。

一场偶然的相遇

2016年上半年,张利东的身份还是在纽约大学阿布达比分校从事博士后工作的学者,机缘巧合,他和杜学敏都参加了在新加坡举行的国际会议,两人均在会上作了学术报告,并且认真聆听了各自的报告。

“我们算是小同行,会上交流特别顺畅,对彼此的研究也非常感兴趣。”杜学敏在得知张利东准备回国发展后,便于2016年下半年邀请他来到深圳先进院指导交流,双方的合作也围绕高分子膜材料正式开启。

随着人类对自然界生物结构了解与认识加深,通过材料与结构设计仿生大自然技术也日趋成熟,推动了刺激响应仿生材料的发展。张利东指出:“近年来,基于刺激响应仿生材料研发的器件已经在工业、医疗、电子、军事等领域得到了较好的应用。”

杜学敏说:“在未来,仿生软材料应用价值将更加巨大,特别是在柔性电子工业,仿生传感器,软体机器人等方面将拥有广阔的前景。”然而,当前在刺激响应材料仿生结构模拟上还存在诸多技术难题。

张利东透露,现有的理论分析认为,要实现高效可控的仿生性能,除了对材料仿生结构的精确设计之外,材料不仅要具有非常好的拉伸耐磨性能、对外界长时间刺激后仍能保持理想的机械性能,还必须具有可逆的刺激响应行为,这些是刺激响应型仿生材料实现仿生性能的基本要素,也是拓展其应用的基本条件。

杜学敏称:“只有设计合理的仿生结构、深入理解仿生机理、优化材料机械性能,才能控制动态仿生过程、促进材料的应用步伐。”

张利东课题组开展的柔性智能双层膜的仿生性能机理研究,与杜敏学课题组开展的探索仿生智能材料研究不谋而合。

“不知疲惫”地运动

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