部分代表性昆虫体表微纳结构及其疏水与自清洁功能的研究
批准号:
32070470
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
梁爱萍
依托单位:
学科分类:
动物系统与分类
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
梁爱萍
中文摘要
昆虫的种类繁多,结构多样并具有许多优异的功能。已有的研究表明,许多昆虫的体表在疏水、自清洁、防污及抗菌方面具有十分优异的功能,而这些功能与其体表的微纳米结构及理化成分具有很大的关系。本项目拟对生活在不同生境下的部分代表性昆虫种类 [包括蝉类、蜻蜓、甲虫、蝶类、蝇类(陆生);龙虱、水栖蝽类(水生);蜣螂、白蚁、跳虫(土栖)]体表的微纳米结构、理化成分及其在疏水性、自清洁性、抗污性、抗菌性等方面的优异功能和机理及其潜在的应用价值开展研究,通过对形貌、理化特性和功能之间的耦合分析,揭示其优异性能的生物学、物理学及化学机理,发现并筛选出高性能的相关生物模型,并对筛选得到的生物模型进行性能模拟验证和优化,研究结果将为新一代具有超强疏水、自清洁、防污、抗菌等性能的超级材料的研发、为制造业及仿生学理论的发展及研究物种对环境的适应与演化提供科学资料。
英文摘要
Insects are rich in species diversity and are extremely varied in structure and function. Previous studies have shown that many insects exhibit excellent properties and functions in relation to wettability, self-cleaning, anti-contamination and anti-microbial activity and that these aspects are related to the micro- and nanostructures and chemistry on their cuticle surface. The present project is designed to significantly extend such studies with a focus on wetting, self-cleaning abilities, anti-contamination and antimicrobial function. These features will be investigated on the cuticle surfaces of a series of selected insect species living in different environments, including cicadas and planthoppers (Hemiptera), dragonflies (Odonata), butterflies (Lepidoptera) and flies (Diptera) (terrestrial), diving beetles (Coleoptera), backswimmers, water boatmen and water scorpions (Hemiptera) (aquatic), dung beetles (Coleoptera), termites (Isoptera) and springtails (Collembola) (underground). Integrative analysis of the ultramorphological structures and chemical components will be carried out to reveal the biological, chemical and physical mechanisms and potential applications of these intriguing properties and functions. Relative biological models will be established with functions tested. Results from this project will provide important information for the development of the next generation of ‘super materials’ such as superhydrophobic, self-cleaning, contamination resistant surfaces. The project will also aid in a greater understanding of the adaptations of insects with the environments.
昆虫的种类繁多,结构多样并具有许多优异的功能。本项目对生活于不同生境下的60余种代表性昆虫的体表(重点是前翅翅表)的微纳结构、理化成分及其在疏水、自清洁等方面的功能开展了研究,研究发现,昆虫的体表存在着十分丰富的微米和纳米级超微结构,它们的形态结构十分复杂且多样,这些微纳结构及其体表的化学组分在昆虫体表的疏水、自清洁、防污、抗菌、光学效应等方面发挥着重要作用,是重要的仿生原型。本研究获得的主要研究结果如下:(1)所有研究的昆虫种类的体表均表现出一定的疏水性和自清洁性,如蝽类昆虫和甲虫翅表的接触角分别为40.66±6.55°–138.37±5.51°和93.23±1.50°– 133.42±1.59°。(2)蝽类、蝉类等昆虫的体表具有乳突、柱形突起等微纳结构;蛾类和蝶类的翅表具有窗格型、多孔型等微纳结构;甲虫的翅表具有刚毛、乳突、横脊等微纳结构。(3)蝽类昆虫及甲虫的翅表具有长链烃类、脂肪酸酯和脂肪酸醇构成的蜡质层,这些化学成分与翅表的微纳结构联合作用使得它们的体表具有疏水、自清洁、抗污、抗反射等功能。(4)小斑红蝽Physopelta cincticollis的前翅革质区的接触角为138.37±5.51°,其表面具有的柱形乳突结构能有效减少翅表与水的接触面积,增大接触角,使翅表具有超疏水和自清洁功能。黄斑水螟Eoophyla ochripicta等3种螟蛾的鳞片的接触角高达139.3°–143.0°,其鳞片的多孔型微纳结构使其具有超疏水和自清洁功能。蚕豆象Bruchus rufimanus具有刚毛型翅表,翅表的接触角为133.42±1.59°,是本项目所研究的甲虫中接触角最大的物种。这些昆虫种类均属于超疏水的种类,是超疏水和自清洁功能研究的理想的生物原型,需要加以深入研究。本项目的研究结果将为相关新材料的仿生设计与开发提供新的科学资料,对于今后深入研究昆虫及其他生物的相关功能也将具有重要的参考意义。
东洋区稻沫蝉亚科Callitettixinae(半翅目Hemiptera:沫蝉科Cercopidae)昆虫的分类订正、系统发育及生物地理学研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:梁爱萍
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依托单位:
头喙亚目Auchenorrhyncha(半翅目Hemiptera)昆虫足前跗节的比较形态学与演化研究
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批准号:31872279
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2018
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负责人:梁爱萍
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依托单位:
国内基金
海外基金