江雷理化所 Nature:中科院理化所江雷研究组等揭示猪笼草捕食的奥秘

2018-01-12
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文章简介： 2016年4月6日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下<Nature>杂志在线发表中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室江雷研究员与北京航空航天大学机械工程及自动化学院张德元(音译)教授合作的一篇研究文章,文章报道了研究人员在仿生研究领域取得新进展.江雷研究员.张德元研究员为论文通讯作者.猪笼草,因其拥有一个独特的能够捕食昆虫的器官——捕虫笼而得名,其"嘴唇"区光滑,昆虫极易"失足"滑落笼内,被笼内分泌的消化液分解吸收,从而满足营养需求.哈佛大学

 2016年4月6日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下《Nature》杂志在线发表中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室江雷研究员与北京航空航天大学机械工程及自动化学院张德元(音译)教授合作的一篇研究文章,文章报道了研究人员在仿生研究领域取得新进展。江雷研究员、张德元研究员为论文通讯作者。

猪笼草,因其拥有一个独特的能够捕食昆虫的器官——捕虫笼而得名,其"嘴唇"区光滑,昆虫极易"失足"滑落笼内,被笼内分泌的消化液分解吸收,从而满足营养需求。哈佛大学的研究者曾模拟猪笼草"嘴唇"研制超润滑材料,然而猪笼草"嘴唇"为何能长时间保水储水保持湿润?科学界还不曾有深入探究。

中科院理化所与北航科学家最近的研究结果揭示了这一神奇的自然奥秘,通过解析猪笼草"嘴唇"的微观结构,揭示了猪笼草"油嘴滑虫"自动搬运液体、致使昆虫无法驻足而滑落入笼的机理,并建立了液膜输运的理论计算模型。

研究发现,猪笼草"嘴唇"具有连续搬运能力是其保证湿滑、让昆虫类动物站不住脚的根源。这种奇特的定向搬运液体现象是因为其表面独特的微纳结构——楔形盲孔组成不对称沟槽。在此发现基础上,合作团队模拟猪笼草口缘区表面结构进行了压印成形,成功复制了猪笼草口缘区的工作机制,使生物功能转移制造成为现实。

并进一步对这一现象进行了数学分析计算和模型建立,使人类广泛应用猪笼草"嘴唇"的功能成为可能。这一新的发现对于开发设计新型定向流体输运系统具有指导意义,在农业滴灌、无动力的微药物传输等领域具有广阔的应用前景。

图1. a)猪笼草能够捕食昆虫的捕虫笼;b,c) 液膜在猪笼草"嘴唇"区定向连续搬运过程

图2. 猪笼草"嘴唇"区周期性的不对称微观结构