趋光性自振荡胶的性能和集体行为

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21573282
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    69.0万
  • 负责人：
    高庆宇
  • 依托单位：
    中国矿业大学
  • 学科分类：
    B0304.化学动力学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

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（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。

结项摘要

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。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（3）
专利数量（0）
Autonomous reciprocating migration of an active material
活性物质的自主往复迁移
  • 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.
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
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
Chemomechanical origin of directed locomotion driven by internal chemical signals
由内部化学信号驱动的定向运动的化学机械起源
  • DOI：
    10.1126/sciadv.aaz9125
  • 发表时间：
    2020-04-01
  • 期刊：
    SCIENCE ADVANCES
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Ren, Lin;Yuan, Ling;Epstein, Irving R.
  • 通讯作者：
    Epstein, Irving R.
Photo-Controlled Waves and Active Locomotion
光控波和主动运动
  • 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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其他文献

酸性溶液中二硫甲脒水解和氧化的动力学研究
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    --
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  • 通讯作者：
    Lu Xingjie Zhao Yuemin Ren Lin Yang Yingying Gao Q
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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  • 期刊：
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    高庆宇
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    高庆宇;孙康;赵跃民;李蓝萍
  • 通讯作者：
    李蓝萍

其他文献

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高庆宇的其他基金

非线性反应波驱动软机器人的小尺度化与活性运动
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相似国自然基金

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  • 批准号：
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  • 项目类别：
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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