课题基金 / 基金详情

趋光性自振荡胶的性能和集体行为

批准号:
21573282
项目类别:
面上项目
资助金额:
69.0 万元
负责人:
高庆宇
依托单位:
学科分类:
化学动力学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋荣立、吕小丽、马娟、刘海苗、潘长伟、Gyorgy Cseko、任林、罗海南、刘洋

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
正负趋光性(也就是向光移动和避光移动)作为生命有机体独特的自适应功能,正在被生物科学工作者逐渐认识和理解,同时光致有机个体之间通信产生集体行为和时空有序结构(如协同运动、传递波、自组装、自愈合和形状改变等)。本项目在非化学反应体系中利用化学振荡、响应胶和空间差异性优化结合来系统设计正负趋光性胶,研究其趋光运动性能(移动速度、胶移动与化学波的传递方向顺逆性等)和形状改变规律, 进一步研究趋光性胶之间通信信号传递和集体行为。通过反应—扩散—力体系的机理模型模拟与分析来理解和预测各种趋光运动性能和集体行为, 同时开发具有应用潜力的仿生和传感技术如趋光性胶仿生自愈合、形变控制和微通道目标诊断。
英文摘要
As the unique adaptive function of living organisms, phototaxis, i.e. phototropic and photophobic movement, has been gradually understood by biologists. Photo-induced communications among living organisms produce ordered structures and collective dynamics such as synchronization dynamics, traveling waves, self-assembly, self-healing and shape changes. This project will systematically design phototactic gels using oscillatory chemical reactions with nonmonotonic photo-effects on oscillation frequency, light distribution and gel chemotaxis, to study phototatic performance such as movement velocity, direct and retrograde wave locomotion, shape changes and collective behavior. Diverse phototaxis phenomena and collective behavior will be explained and predicted through model simulation and theoretical analysis of reaction-diffusion-mechanics systems. Furthermore, biomimetic and sensing technologies of potential application, including self-healing of phototatic gels, shape control and the target diagnosis in microchannels will be developed in this project.
正负趋光性运动是生命有机体独特的自适应功能,在非生命领域开展机器人趋光运动实验和理论研究有助于推动对其深入认识和理解。本文聚焦光敏BZ(Belozov-Zhabotinsky)自振荡胶软机器人来研究光的运动效应。在设计的光照环境中,调制化学脉冲波波前波后推拉力可使自振荡胶实现顺逆波运动(正负趋光性)转换和自动空间往返运动。进一步利用螺旋波驱动光敏自振荡胶,调制光照实现转角运动和避光性运动。反应-扩散-力模型模拟和分析表明顺逆破运动转变和转角运动的动力学根源来自于复杂振荡的分岔。同时在实验研究中获得类似于植物羽状分裂槟榔树叶结构的光驱化学波周期性生长、毛细管效应引起的趋光运动的化学波反转传播、指示剂和表面活性剂引起的非线性化学反应驱动马克罗尼对流。本课题在PNAS、Science Advance、Angew等学术刊物13篇系列论文,参与出版专著一本。部分工作入选刊物热点论文和被国际媒体如《Phys. Org》、《Chemistry News》亮点报道。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1073/pnas.1704094114
发表时间: 2017-07
期刊: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
影响因子: 11.1
作者: [Ren Lin, Wang Meng, Pan Changwei, Gao Qingyu, Liu Yang, Epstein Irving R.]
通讯作者: Epstein Irving R.
Effect of Reaction Parameters on the Wavelength of Pulse Waves in the Belousov−Zhabotinsky Reaction−Diffusion System
Belousov—Zhabotinsky 反应—扩散系统中反应参数对脉冲波波长的影响
DOI: 10.1021/acs.jpca.9b08254
发表时间: 2019
期刊: J. Phys. Chem. A
影响因子: --
作者: [Rui Teng, Lin Ren, Ling Ruan, Liyuan Wang, Qingyu Gao, Irving R Epstein]
通讯作者: Irving R Epstein
Photoinduced Oscillations and Pulse Waves in the Hydrogen Peroxide-Sulfite-Ferrocyanide Reaction
过氧化氢-亚硫酸盐-亚铁氰化物反应中的光致振荡和脉冲波
DOI: 10.1021/acs.jpca.7b10025
发表时间: 2018-02-08
期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A
影响因子: 2.9
作者: [Liu, Yang, Yuan, Ling, Gao, Qingyu]
通讯作者: Gao, Qingyu
DOI: 10.1002/chem.201700725
发表时间: 2017
期刊: CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL
影响因子: 4.3
作者: [Irving R Epstein, Qingyu Gao]
通讯作者: Qingyu Gao
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    非线性反应波驱动软机器人的小尺度化与活性运动
    • 批准号:
      22120102001
    • 项目类别:
      国际(地区)合作与交流项目
    • 资助金额:
      260万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      高庆宇
    • 依托单位:
    温度和pH双振荡对原始汤RNA自复制的驱动效应
    • 批准号:
      21773304
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      65.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      高庆宇
    • 依托单位:
    多反馈反应-扩散体系中复杂时空斑图的系统设计
    • 批准号:
      21073232
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      36.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      高庆宇
    • 依托单位:
    含硫非线性反应中的硫价态变化直接追踪和斑图形成
    • 批准号:
      20943005
    • 项目类别:
      专项基金项目
    • 资助金额:
      8.0万元
    • 批准年份:
      2009
    • 负责人:
      高庆宇
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金