仿生学
津巴布韦首都哈拉雷的东门中心The Eastgate Centre。是一个购物中心和办公区。该建筑的设计完全由自 然因素来通风降温——它是对当地白蚁巢穴的仿生设计。也许它是世界上第一座自然降温能达到如此水平 的建筑。
东门中心The Eastgate Centre
米克皮尔斯在建筑学会发言说:
“就像我们血管里的血液流动一样,在蚁穴里的空气也是由外界的气温和压力控制的。 蚁穴就像我们的身体系统一样。它自己可以智能地调节温度,这是一种优秀的建筑 模式。这是我们身体新陈代谢的一种延展,这就是说,只要你愿意,你可以建筑一 座耗能更少的大楼。”
对生命现 象的探索
生物有机 化学
生物光化学 和生物电化学
仿生物 信息传递
生物无机 化学
Ⅰ. 酶 催 化(Enzyme )
酶的催化特性
一性 酶的活性位点包括结合基团和催化基团。二 者相互匹配,相互作用。 2.高效性 酶的存在引入了各种有利效应:临近效应, 多元催化,微环境效应,诱导契合效应,底物变 形效应. 3.反应条件温和
美国宾夕法尼亚大学西切斯特分校流体动力学专家、海洋生物学家弗兰克· 费什(Frank E. Fish)教授注意到,驼背鲸 的鳍状肢可以从事一些似乎不可能的任务。驼背鲸的鳍状肢前部具有垒球大小的隆起,它们在水下可以令鲸鱼轻松 在海洋中游动。但是,根据流体力学原则,这些隆起应该会是鳍的累赘,但现实中却帮助鲸鱼游动自如。因为这些 肿块所造成的漩涡将生成8%的浮力,以及减少32%的摩擦力。
酶催化的现状
酶
大规模 工业生产 催化效率 大大降低
固定化酶
科学家很早就发现非洲黑猩猩通过改变饮食可以达到自我治疗疾病 的目的。 科学家经过长期的调查研究发现,黑猩猩非常聪明,一旦生病它们 知道吃什么可以治病。例如有一只黑猩猩患了肠道寄生虫病,它就 早晚分别吃一种安尼来墨草属植物的叶子和大苞片合欢皮,这是一 种人们已知的对付寄生虫的疗法。而另一只有发烧症状的黑猩猩则 一整天都在吃一种三唇属植物的叶子,科学家后来发现,这种叶子 有治疗疟疾的功效。 科学家2007年已经在基巴莱森林地区收集到100种不同的植物标本, 发现了一些有用的植物成分,可以对抗疟疾、寄生虫或者肿瘤等。
交联法 (cross-linking of an enzyme)
模拟酶
根据酶的作用原理 来模拟酶的活性中 心和催化机制,用 化学方法制成的高 效、高选择性、结 构较简单、稳定性 较高的新型催化剂。
利用现有的酶或蛋白 质做母体,引入相应 的催化机团,形成酶 的化学修饰物。 以合成的高分子聚合 物为母体,根据酶的 活性部位结构,连接 上所需的功能机团或 金属配合物。
蚁穴调节温度示意图
建筑师米克皮尔斯(Mick Pearce),十分赞赏白蚁巢穴自动调节温度的功能。他 曾爬进蚁穴内部,实地观察里面的通风管道。他将他的研究结果应用在了建筑物 的设计中。
Name: Mick Pearce 姓名 米克.皮尔斯 Date of birth: 02.06. 1938 出生年月1938年6月2日 Place of birth: Harare Zimbabwe 出生地点 津巴布韦 哈拉雷
酶的催化特性
酶对热,酸,碱以及有机溶剂的 不稳定性,限制了其在工业中的应用。
固 定 化 酶 ----结合到特定的支 持物上并能发挥 作用的一类酶。
模 拟 酶 ----模拟酶的生物催化 功能,用化学半合 成法或化学全合成 法合成的酶。
固定化酶
水溶性酶 水不溶性载体 固定化技术 水不溶性酶
(固定化酶)
向白蚁学习如何建造生态建筑
Learning from Termites How to Create Sustainable Buildings
非洲草原上高高耸立的白蚁巢穴,一直是 科学家喜欢研究的对象。 白蚁是自然界出色的建筑师。它们在巢穴 内建设复杂的采暖和通风系统,利用阳光 和自然风使蚁穴内空气新鲜,并保持在30 度左右,而蚁穴外的温度白天高达40度, 夜晚则降至0度以下。相比之下,人类建造 的大楼浪费得太多,需要消耗大量能源来 达到通风和调节温度的目的。
墨尔本的市议会大楼 Council House Two, or CH2
墨尔本的市议会大楼顶上的通风管道
他为墨尔本设计的市议会大楼 Council House Two, or CH2 消耗的能量只有普通建筑的15%,消耗的水只有 30%。(2002-2006)
墨尔本的市议会大楼 Council House Two, or CH2冷却塔
蝙蝠的回声定位与雷达
萤火虫与冷光
Heliotropic solar panels 向阳花:向日葵 Flowers follow sun
Heliotropic solar panels 向阳花:毛茛属植物 Flowers follow sun: snow buttercups
运用向阳花的原理,麻省理工学院的三个学生组成的团体, Forrest Liau, Vyom Sharma, and George Whitfield在太阳能装置了设计了类似 的,具有向阳性的太阳能板。这个团体在一次发展创新能源技术的竞赛 中凭借此设计获得了最高奖。这种向阳性技术是通过感应直射和阴影温 度的变化来改变支撑材料的分子结构。 A team of three MIT students (Forrest Liau, Vyom Sharma, and George Whitfield) designed such a system. Their team, called Heliotrope, won top honors and a check for $10,000 in the finals of a competition aimed at developing innovative energy technologies.
9.自我痊愈Resilience and healing
向黑猩猩学习如何自我治愈
Learning From Chimpanzees How to Heal Ourselves
在现代药物中有四分之一直接从植物中提取,还有无数的其他植物种类亟 待检验,这些植物中的每一种都含有独特的化学成分,具有很高的医学价 值。如果人类想发现更多的有价值的药物,则可能要花费成千上万年才能 把这些植物研究清楚。
固定化酶
基本功能
Non-catalytic functions(NCFs) 易于从反应体系中有效的分离回收 重复连续使用
Catalytic functions (CFs)
对酶本身的催化性质进行调制 增强稳定性
酶固定化方法
非共价吸附或沉积 (noncovalent adsorption or deposition) 包埋法 (entrapment in a polymeric gel, membrane,or capsule) 共价固载 (covalent attachment)
概念●
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,它是在上世
纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体 的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技 术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技 术。从仿生学的诞生、发展,到现在短短几十年的时间 内,它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了 独特的技术发展道路,也就是向生物界索取蓝图的道路, 它大大开阔了人们的眼界,显示了极强的生命力。
向阳太阳能板
Heliotropic solar panels
这些纳米管上的无数的天线可以更好地捕捉 和集中太阳能
Easy to work with and install:
Power Plastic® solar cell technology
美国可纳卡技术公司研发 (Konarka Technologies)
于是,费什决定对此展开调查。他将一个12英尺(约合3.65米)长的鳍状肢模型放入风洞,看它挑战我们对物理学的 理解。这些名为结节的隆起使得鳍状肢更符合空气动力学原理。费什发现,它们排列的方位可以将从鳍状肢上方经 过的空气分成不同部分,就像是刷毛穿过空气一样。费什的发现现在叫做“结节效应”(tubercle effect),不仅能用 于各种水下航行器,还应用于风机的叶片和机翼。
"Rather like blood circulating in our veins, inside the termites nest it is air that is moved by external temperature and pressures. The termites nest is a system like our bodies. It's self regulating temperature-wise and that, in a way, is an excellent model for a building. It's an extension to our metabolism, if you like, and this means you can build a building and use far less energy."
仿海豆制作耐用环保包装材料
Seeds dispersed across the sea: sea bean
仿海豆制作耐用环保包装材料
Seeds dispersed across the sea: sea bean
海豆可能是豆类植物里个头最大的成员了,大约5厘米宽,1.2米长,通常长在河边。它们刚开始也 和其它豆家族成员一样,豆荚是绿色而柔软的,然而一旦成熟了就变得又硬又重。最终,豆荚从树 上掉进树旁边的河流里随波飘走。在这过程中,豆荚沿着两颗籽中间的凹槽裂开,每颗种子依然躺 在各自的豆荚外壳里继续漂流。其中有些可能在离老家几十米远的沙滩上搁浅了,有些来到了泥泞 的岸边,还有些则飘过整条河流,越过沼泽地,进入海洋,开始长期的漂泊,经历旅途的种种磨难, 直到到达自己的诞生地。 当海豆被冲上海岸的时候,虽然它们中有些豆荚看上去已经残缺不全了,但是即使在海里飘了一年, 豆荚里面的种子仍受到了极佳保护,还能存活!海豆能实现如此高效率的运输,它天生所拥有的包 装材料---豆荚功不可没。那为什么不尝试着模仿海豆豆荚来制作耐用而且最终可以降解的包装材料 呢?