科研通告-尊龙最新版

 

 

什么是遗态？所谓遗态，就是指遗传保留原始生物模板的形态与结构。其主要特点是直接利用自然界经亿万年优化的生物自身特殊复杂的结构而形成的自然模板，通过人工方法，遗传其物理结构并变更其化学组分，合成既有人为赋予的特性和功能，又有与自然界生物相似的精细结构的新材料。

 

遗态概念为研究大自然各种生物结构与功能材料之间的关系提供了一种新思路。探索大自然的奥秘和如何更好地利用大自然中的丰富资源，是科技工作者进行科学研究永恒不变的主题。大自然经过亿万年的进化，其内部结构与功能已经发展到近乎完美的程度，尤其是其中蕴涵的奥秘可能是人类永远也无法穷尽的内容。因此，如何将这些已探索出的奥秘运用到社会发展中，已成为科学家们研究的主要课题之一。

 

目前，科学家们已经开展了大量的相关研究工作，并形成了仿生电子学、化学仿生学、材料仿生学和航空仿生学等大量新兴学科，这些新兴学科的主要任务就是研究大自然中存在的各种生物现象，并模仿这些现象研究出更先进的科学技术。

 

纳米技术及应用国家工程研究中心研究团队提出的遗态概念，同样也是源于大自然的灵感和启发，开展利用自然界天然生物结构制备出新材料的科学研究。如研究具有独特光子结构和与之匹配的结构色变色的蝴蝶翅膀，研究具有复杂的纳米多孔结构和与之匹配的光线全吸收性的飞蛾眼睛等，通过研究这些存在于生物体中的优异纳米结构和特性，可从中寻找出制造纳米新材料的新思路。

 

 

纳米科技已逐渐发展成为21世纪的三大主流技术之一，也是各国研究的热点领域。它的迅猛发展将在世界范围内引发一场包括生命科学、信息科技、生态环境技术、能源技术在内的几乎覆盖所有工业领域的大革命。遗态概念为纳米材料的制备提供了一种新方法。

 

目前，常用的纳米材料制备方法主要有两种：top-down（自上而下）和bottom-up（自下而上）。前者是利用机械和蚀刻技术等制造纳米尺度结构，是从大做到小的技术；而后者是从原子或分子出发，来控制、组装、反应生成各种纳米材料或纳米结构，是从小做到大的技术。

 

我们提出用遗态思路制备纳米材料的方法是利用结构精致、组装完善、进化完美的原始生物系统作为模板，通过特殊的加工工艺，制备出功能各异的具有生物天然结构的纳米新材料。这种方法不仅同时具备了常规制备方法的“自上而下”和“自下而上”的两种特点，而且制备出的纳米材料取材广泛，成本低廉，性能优异，适用面广。

 

 

当今社会，因经济过快增长而引发的越来越多的环境和资源问题已经引起了人们的高度重视，我国“十一五”规划明确提出了要建设资源节约型、环境友好型社会的新理念。遗态策略的实施为实现节能减排的目标提供了一种新途径。

 

自然界中存在着许多长期被冷落、被人类认为是废物的生物质资源，如落叶、稻糠、木屑、贝壳、甲壳等众多陆生和海洋生物废弃物。这些生物质一直被人们认为是“废弃物”和“垃圾”，其实这是人们对这些生物质资源缺乏足够认识而产生的一种误区，这种误区使这些生物质资源长期被白白浪费。遗态概念的提出恰好弥补了科学研究在“废弃物”再利用方面的短板，变废为宝，为实现国家提出的资源再利用、环境更美好的可持续发展战略提供了一条新途径。

 

遗态这一新概念的产生是在科技部、国家自然科学基金和上海市科委及纳米专项的大力支持下，依靠纳米技术及应用国家工程研究中心、上海交通大学和西南科技大学共同组建的研究团队，在对自然界和纳米技术长期探索和积累的基础上逐渐形成的，它凝聚了众多科研人员的心血和智慧。

 

 

自然界中生物质资源极其丰富，据统计，2005年全世界自然界生物质废弃物高达30亿吨左右，研究人员如能找到合理的利用方法，这些成本低廉的生物质资源将产生不可估量的经济效益和环境效益。

 

近年来，我们的研究团队在国家和地方科技专项的支持下，采用遗态策略利用自然界生物质资源开发制备出了多种新型纳米材料。如利用农作物稻壳为模板采用遗态方法合成制备出具有优良电磁屏蔽性能的镍纳米材料。这种材料不仅具有密度低、超宽频范围内电磁屏蔽能力高的特点（在10k～1.5ghz范围内，电磁屏蔽能力为60～90db，而采用常规方法制备的电磁屏蔽材料仅为20～40db），而且还具有较高的电磁波吸收能力，克服了以反射为主、屏蔽频段有限的弊端，具有较高的应用和推广价值。

 

我们还利用不同种类的植物叶片为模板，采用遗态方法合成制备光催化材料。经实验检测，此种方法制备的光催化tio2材料在可见光范围内的光吸收效率可高达20%～30%，远远超过常规方法制备的纳米tio2粉体材料的可见光吸收效率（约7%～8％），能最大限度地实现光催化效果。

 

再如直接采用植物纤维等生物质为模板制备出功能不同的生物质环境净化材料：以植物粗纤维为原料和模板开发的系列油气层保护快速封堵剂，克服了其他封堵剂成本高、封堵速度慢、污染环境等缺陷，具有封堵快捷、无毒无害，集防漏、堵漏、屏蔽暂堵为一体的绿色环保优势；利用植物材料开发的矿冶重金属污水净化材料，成本低、使用简便，为矿冶产业的发展和降低水环境污染提供了有效的技术途径和措施。

 

以上实例说明，采用自然界中以生物质为原材料的遗态合成策略，不仅取材广泛，制备工艺简单，成本低廉，而且制备出的新材料的性价比、结构和功能与同类产品相比都有较强的优势，因此，在未来的发展中显现出巨大的优势和潜力。目前，我们团队的科研成果中已有8项制备方法申报了国家发明专利。

 

（潘希采访/整理）