20 22 微纳制造与生物制造.ppt

将一顆一顆的铁原子團,在Cu(111)表面上排列成“原子”二字。 将一顆一顆的一氧化碳原子團，在Pt(111)表面上排列成人的形狀。 微纳制造应用案例 莲花荷叶出污泥而不染，是运用自然纳米科技达成自我洁净的最佳实例。 科学家90年代发现荷叶叶面上存在着多重纳米和微米级的超微结构。 莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑，表面的结构与粗糙度达微米至纳米尺寸。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，藉由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面“自我洁净”的奥妙所在。 9. 纳米材料的莲花效应 微纳制造应用案例 9. 纳米材料的莲花效应 微纳制造应用案例 予独爱莲之出淤泥而不染， 濯清涟而不妖， 中通外直，不蔓不枝， 香远益清，亭亭静植， 可远观而不可亵玩焉。 微纳制造应用案例 生物制造 生物制造的发展 生物制造的概念与内容 生物制造应用案例 1. 生物制造系统正在形成 日本三重大学和冈山大学初步证实了微生物加工金属材料的可行性。 目前已将快速成形制造技术与人工骨研究相结合，为颅骨、颚骨等骨骼的人工修复和康复医学提供了很好的技术手段。 我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一。生物学科与制造学科相互渗透、相互交叉，形成生物制造系统学科（Biological Manufacturing System，BMS）。 我国在2003年3月和2004年7月，先后两次召开了全国生物制造工程学术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工程的定义、内涵及意义；②生物医学工程与生物制造的联系；③生物制造的研究特点、方向及方法；④生物制造的应用领域。 生物制造的发展 2. 生物制造的发展前景 在机器人、微机电系统、微型武器方面，将更多地应用生物动力、生物感知、生物智能，使机器人越来越像人或动物。 在纳米技术方面，实现纳米尺度上裁剪或连接DNA双螺旋，改造生命特征;实现各种蛋白质分子和酶分子的组装，构造纳米人工生物膜，实现跨膜物质选择运输和电子传递。 在医疗方面，三维生物组织培养技术不断突破，人体各种器官将能得到复制，会大大延长人类的生命。 在生物加工方面，通过生物方法制造纳米颗粒、纳米功能涂层、纳米微管、功能材料、微器件、微动力、微传感器、微系统等。 生物制造的发展 1. 生物制造的概念 生物制造（清华大学颜永年教授等）： 通过制造科学与生命科学相结合，在微滴、细胞和分子尺度的科学层次上，通过受控组装完成器官、组织和仿生产品的制造之科学和技术总称。 生物制造的概念与内容 生物制造工程的体系结构 生物制造的概念与内容 3. 生物制造工程的研究方向 研究方向：如何把制造科学、生命科学、计算机技术、信息技术、材料科学各领域的必威体育精装版成果组合起来，使其彼此沟通起来用于制造业，是生物制造工程的主要任务。 两方面6个研究方向： （1）仿生制造 生物组织和结构的仿生 生物遗传制造 生物控制的仿生 （2）生物成形制造 生物去除成形 生物约束成形 生物生长成形 生物制造的概念与内容 1）生物组织和结构的仿生 包括生物活性组织的工程化制造和类生物智能体的制造。 ①生物活性组织的工程化制造：将组织工程材料与快速成形制造结合，采用生物相容性和生物可降解性材料，制造生长单元的框架，在生长单元内部注入生长因子，使各生长单元并行生长，以解决与人体的相容性与个体的适配性，以及快速生成的需求，实现人体器官的人工制造。 ②类生物智能体的制造：利用可以通过控制含水量来控制伸缩的高分子材料，能够制成人工肌肉。类生物智能体的最高发展是依靠生物分子的生物化学作用，制造类人脑的生物计算机芯片，即生物存储体和逻辑装置。 生物制造的概念与内容 2）生物遗传制造 DNA的内部结构和遗传机制的不断解密; 基因技术应用于制造领域，依靠生物DNA的自我复制; 利用转基因实现生物材料和非生物材料的有机结合； 根据生成物的特征，人工控制生长单元体内的遗传信息，直接生长出所需要产品; 典型如骨骼、器官、肢体以及生物材料结构的机器零部件等。 生物制造的概念与内容 3）生物控制的仿生 应用生物控制原理来计算、分析和控制制造过程。 例如: 人工神经网络 遗传算法 仿生测量研究 面向生物工程的微操作系统原理 设计与制造基础 生物制造的概念与内容 （2）生物成形制造 目前已发现的微生物有10万种左右，尺度绝大部分为微/纳米级，具有不同的标准几何外形与亚结构、生理机能及遗传特性。