文章图片
文章图片
文章图片
从仿生学的角度来看 ， 潮间带是一个极端环境 ， 海浪席卷的岩石海岸对动植物施加巨大的水动力 。 在这个栖息地内 ， 破浪通常会达到10到15ms-1之间的水速 ， 而暴风浪可能大于25ms-1；此外 ， 通常伴随着超过 400ms-2的加速度 。 潮流和波浪的强度已被证明会影响形态差异和生物力学特性 。 尽管这些地区可能会对污染产生强烈的限制 ， 但由于养分供应的增加 ， 初级生产力和物种丰富度很高 。
潮间带内强大的水动力以与船体相似的方式影响生物形态 。 同样 ， 当一艘船在移动时 ， 大量的水 ， 大约是船总质量的四分之一甚至三分之一 ， 被加速到接近船的速度 。 在较低速度时 ， 粘性阻力占主导地位 ， 造浪的影响最小 。 因此 ， 水面商船和海军航运通常在这个速度范围内运行 。 这些区域内的许多海洋生物通常明显没有附生生物 ， 尽管它们受到与无机非生物基质相同的污染压力水下结构 。
这种具有表面形貌和良好流体动力学的生物体显示出典型的无毒防污策略 。 然而 ， 由于它们的附着强度和基质选择标准 ， 这些生物可能是最麻烦的污垢 。 因此 ， 需要对复杂的多维化学、物理和机械机制有更深入的了解 。 防污的另一种可能模式是通过产生天然化学物质 ， 这些化学物质可以通过改变生物体表面来发挥作用 ， 从而降低附生的发生率 。 许多海藻的菌体和无脊椎动物的表面都被粘液或粘液覆盖 ， 这可能使污垢孢子难以附着或影响通过连续或周期性表面更新来去除附生体 。
已经观察到表面脱落在去除角叉菜中细菌污垢中的作用 ， 并且发现多肉植物以不规则的间隔脱落一层薄的表面角质层及其附着的表皮 。 雷诺数是惯性力与粘性力之比的量度 ， 并量化了这些力在给定流动条件下的相对重要性 。 不同生物体的运动涉及跨越巨大的雷诺数数量级范围 。 雷诺数约为10-5的微生物处于粘性力明显优于惯性力的环境中 。 这些粘性流体动力学相互作用几乎完全影响沉降过程 ， 使微生物能够识别合适的底层表面 。
这与工程水下结构形成鲜明对比 ， 后者的雷诺数通常在103到109之间 。 仿生学的一个挑战是将在较小表面上以相对较低的雷诺数有效的自然系统适应在更大数量级的参数下运行的人造系统 。 霍普克米尔-威尔逊等人已经证明了地表地形对生物沉降的影响 。 许多生物体已经进化出阻止定居的表面形貌 ， 例如领航鲸的皮肤、双壳类表面、螃蟹和蛋壳外壳 。 涂层的粗糙度显着影响其润湿性 。
微观形貌复制品很少像原位生物体那样有效 ， 这表明其他促成防污行为的因素在生物体的一生中都很活跃 。 然而 ， 表面形貌的显着影响激发了开发仿生防污表面的新努力 。 值得注意的是 ， AMBIO项目开发了一系列纳米结构表面 ， 包括具有纳米颗粒内含物的溶胶-凝胶涂层和纳米级自组装表面 。 然而 ， 表面设计考虑到沉降生物的混合群落性质 ， 其浮游孢子的大小范围为数量级 ， 因此应谨慎对待作为细胞粘附抗性的手段 。
【潮间带是一个极端环境，海浪席卷的岩石会海岸对动植物施加巨大的水动力】定制的表面纳米结构产生了一种商业产品小鲨鱼 ， 其灵感来自鲨鱼皮的重叠脊状片状结构 。 与孤立的地形梯度相比 ， 这种结构的地形具有三个维度的微尺度变化梯度 ， 提供了更疏水的表面 。 在其他应用中 ， 小鲨鱼正在作为防污涂层进行开发 。 当地形特征被比孢子小的尺度分隔时 ， 孢子的沉降能力会受到影响 ， 并且当它不能在单个特征上支撑其全部质量时 。 由此产生的“桥接”行为和表面的疏水性导致无支撑细胞膜的粘附和张力减弱 。
推荐阅读
- 拓扑电子学的“曲折”蓝图
- 曾有二名宇航员被吸入黑洞
- 刹车失灵，偷换芯片、行驶断电，今年的315，这些车企可能挺忙的
- 单晶硅片碱性溶液中的蚀刻速率
- ?用于土壤和地下水修复的零价铁纳米颗粒的限制和风险
- 下一代航天技术，光帆将取代火箭发动机
- 纳米粒子的实际意义和对未来研究需求的共识建议
- 选择性繁殖如何帮助珊瑚礁在海洋加热中幸存下来
- ?环境修复中的纳米光催化，一种可持续的方法