近年来，一股“纳米热”以大潮汹涌之势席卷全球。纳米材料具有原先材料所不具备的性能与效应，例如：体积效应（小尺寸效应）、表面（或界面）效应和宏观量子隧道效应，使其具有更有优异的性能及应用前景。在自然仿生的研究中，荷叶优异的疏水特性吸引了无数研究者。经典的Cassie-Baster模型表明，提高表面的粗糙度与降低表面的表面能都可以提高表面的疏水特性。由于纳米材料具有极高的比表面积，具有优异的表面效应，被广泛用于疏水表面的研究与制备。但是由于尺寸和制备条件的限制，修饰于表面的纳米材料的力学性能较弱，极易发生断裂、剥离等破…
生物体内组织细胞赖以存在动态液体环境使研究人员在设计生物材料和相关器件时都需要考虑材料表面的浸润性能。可调控的浸润表面或图形化表面已成为精细调控细胞粘附、扩散、增殖、分化和凋亡等行为的独特平台。其中特别是超浸润特性，作为浸润性的极端状态，水滴可以保持球状或完全扩散，这对于仿生构建生物体内液体微环境至关重要。更重要的是，粘附作为细胞履行其生物功能的第一步(特别是免疫细胞)是一个在限域的动态液态环境中“活”的滚动过程。人体内部复杂的液体环境不可避免地会阻碍医疗器械的一些功能，增加风险和并发症的发生几率。因此，从超浸润性…
水下超疏油材料在诸多领域都有着广阔的应用前景，尤其是针对频发的石油泄露事故。为实现水下超疏油，通常需要材料表面具有微/纳米结构和较高的表面能。然而，微纳结构的存在会使得材料变得不透明。水凝胶材料可以大幅提高水下超疏油表面的透明性，但是这些材料机械强度较差，很脆弱，难以在恶劣的海洋环境中使用。因此，开发同时具有高透明性和高机械性能的水下超疏油材料仍然是一个极大挑战。 天然珍珠层具有优异的力学性能，这主要取决于其独特的层状分级结构以及化学组成（约含5%有机基质和95%无机文石）。有趣的是，从天然珍珠层剥离的矿化薄膜在水…
生命体内存在着各种各样的由蛋白质组成的离子通道和离子泵，它们镶嵌在细胞膜的磷脂双分子层上，提供了可供分子离子传输的纳米级路径。离子通道能够实现“下坡”的离子运输功能，而离子泵能够实现“上坡”的离子运输功能，他们均是活体细胞进行新陈代谢活动的基础，与多种生命过程密切相关，比如神经兴奋的传导，感受器电位的发生，骨骼肌的收缩，心脏的搏动，平滑肌的蠕动，激素的分泌与绿色植物的光合作用等。一个比较典型的例子是电鳗鱼，其发电器官中存在着上千对串联在一起的离子通道与离子泵回路，离子通道与离子泵之间的协同作用使其能够充分地利用细胞…
肿瘤发生发展离不开来自血管中营养物质的供给。因此，堵塞血管可望终结恶性肿瘤的异速生长。从现代医学发展趋势来看，血管栓塞介入治疗具有微创、安全、毒副作用小、可重复进行、疗效确切的优点，可为肿瘤患者特别是中晚期失去手术切除机会的患者提供最佳受益方案。 近日，刘静课题组报道了全新一代的功能复合型肿瘤栓塞剂：液态金属/海藻酸钙（LM/CA）水凝胶，其操作灵活简便，可注射、可显影，可根据需要制成具有特定功能的肿瘤制剂。研究中引入镓铟合金液态金属经超声打碎成微小颗粒，均匀分散在海藻酸钠水溶液中，结合钙离子溶液，可以在体原位快速…
自然界动物无与伦比的运动能力，长久以来始终激励和启发着人类去打造更为先进的机器人。在迄今已被逐步认识和借鉴的动物形体结构之外，还有哪些重要线索值得人类去学习效仿呢？实际上，只要将人造机器与自然所创造的生命作一对比，就会发现后者体系内充满了液体成分即水。也因如此，人类在寻找宇宙生命时，总是将能否找到水作为判断是否存在生命的基本原则。正是液体这种精灵般物质的存在，将生物界与了无生气的人工机器从根本上区别了开来。那么，生物体特别是动物体内遍布全身的液流系统，会否是机器人领域实现破局但却被长期严重忽视的技术源泉呢？要研制前…
当人工合成的纳米孔道在至少一个维度上接近静电，范德瓦尔斯，或疏水相互作用的力程时，孔道内的物质输运特性将与体相中有极大的不同。近年来，通过模仿贝壳的微观结构，人们利用二维纳米材料的自组装，将通道尺寸进一步压缩至1 nm以下，构筑了具有层状结构，及丰富表面物理化学特性的多层膜材料。从而将纳米流体输运特性的研究平台拓展到了一个全新的阶段，称为“2D Nanofluidics”(Science 2016, 351, 1395; Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5400)。目前，除了人们熟知的石墨烯家族…
氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为化肥外，农业上使用的氮肥，例如：尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。目前工业上合成氨主要采用经典的Haber-Bosch工艺将N2固定在NH3上，并且需要在铁基催化剂存在的条件下，在苛刻的反应条件下进行（15-25 MPa，300-550℃）。然而，这一过程需消耗世界能源供应的1-2％，每年向大气中排放大量的二氧化碳。同时，用于合成氨的原料氢气主要来自甲烷的重整，其占世界年度天然气产量的3-5％，这个过程也…
单细胞内活性物质的准确检测对揭示其在生命活动中的重要作用及探索相关疾病的诊疗方法具有重要意义。荧光法具有灵敏度高等特点，使其在单细胞的检测中备受青睐。目前，常用的荧光单细胞分析方法中使用的纳米材料主要集中于零维纳米颗粒，如纳米颗粒。这些零维纳米材料在用于单细胞检测时通常需要被动扩散进入细胞，检测过程中纳米材料易出现漂移，不利于单细胞特定部位长时间观测。相比于零维纳米材料，一维纳米材料具有纳米尺度的直径、同时具有微米尺度的纵向长度，这一结构特性使其便于操作和观察。通过物理方法将一维纳米材料主动定位于细胞特定部位，能有…
在能源危机的背景下，低品位热源（<100 ℃， 简称为LGH）作为拥有巨大储量而尚未开发的能源受到越来越多的关注。例如，在发电厂和金属冶炼厂的冷却过程中，作为LGH很大一部分的余热，通常以加热的河水或海水这种冷却水的形式储存起来。科学家通过采用半导体热电材料和热电化学器件，努力提取这些储存的能量。然而，为了实现LGH能量的大规模转换，材料或装置必须以成本低效益高和耐受性好来对解决潜在的腐蚀和电解质在水环境中的对材料的消耗。因此，开发结构简单，在水环境中具有高性能的LGH收集系统仍然是挑战。 人体皮肤是一种复杂…