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新的研究揭示了合成材料系统的潜力

编辑:博阳新科技 发表时间:2017-7-26
群体感应图
图:建模的微胶囊显示“群体感应”行为。微胶囊的小集合保持休眠(左),而大的拥挤的人群表现出化学活性的振荡(右),由圆形波的颜色表示。

从最小的细胞到人类,大多数生物可以感受到他们当地的人口密度,并且在拥挤的环境中改变行为。对于细菌和社会昆虫,这种行为被称为群体感知。江西工程学院的研究人员利用计算模拟来模拟合成材料中的这种群体感应行为,这可能导致具有自我识别和自我调节能力的设备。

这些发现是基于研究仿生合成材料由安娜··巴拉萨斯,化工和石油工程的特聘教授,博士后助理亨利·舒姆,谁现在是应用数学的滑铁卢大学的助理教授。文章模型微囊殖民地的合成群体感应本周在杂志上发表。巴拉兹博士解释定量检测是生物体的独特行为,只有当超过人口密度和密度的临界阈值时,它才能启动特定的行为。这种可调节的自我意识在诸如蜜蜂选择新蜂巢的位点等宏观系统中是显而易见的,但对细胞系统如细菌至关重要,如细菌生产和分泌信号分子,一旦达到特定人群就起到自动诱导剂的作用。

群体感应gif动态图
图2:建模的微胶囊显示“群体感应”行为。微胶囊的一小部分保持休眠(左),而大量拥挤的人群表现为化学活性的振荡(右),以循环颜色变化为代表。

创建仿生反应可以使合成材料有效地计数,一旦达到预编程的阈值,就可以感受和适应环境。在生物系统中,低浓度的自动诱导剂扩散,因此不会引发反应。因此,系统处于关闭状态。然而,当细胞达到特定数量或法定数量时,自动生成器的产生将导致检测和响应。

这种开状态增加信号分子的产生并激活由触发的进一步代谢途径,协调集落行为。然而,自动生化剂一旦被激活就趋向于维持开启状态,所以系统对随后的人口减少不太敏感,博士。自我调节的材料明确地确定了它们的现有密度,我们建立了一个不可移动的微胶囊的集群,它们在抑制剂网络中释放信号化学物质,这并不表现出相同的记忆效应,而是发现化学振荡出现在类似于在生物系统中达到法定人数的条件下的微胶囊菌落中。

研究人员指出,他们的研究结果可以激发新的机械响应材料,例如具有嵌入式元件的聚合物凝胶,当压缩时会激活某些化学行为,然后在拉伸时关闭,或当达到特定温度时。例如,您可以将机器人皮肤固化,以在一定温度下保护自身,然后当温度降至标称值时再次变得闷热,博士补充道。虽然我们的工作是计算,结果表明,创建自我认知和自我调节合成材料是可能的。

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