北航新聞網4月7日電（記者 王晴）2016年4月7日，世界頂級期刊《Nature》在線發表了北航機械工程及自動化學院陳華偉教授、張德遠教授、化學與環境學院江雷院士等的研究成果“Continuous directional water transport on the peristomesurface of Nepenthes alata”。這是《Nature》刊發的我國高校機械工程學科領域的首篇成果，該研究從認知自然、師法自然出發，揭示自然生物原型體表表面單方向液體搬運新現象，開創性地提出了無動力自潤滑防粘新理念，對解決微創手術器械防粘技術難題具有重要參考價值。
通過微納結構與材質的控制來賦予表面新功能，即表面功能化技術，已逐漸成為解決機械領域工程技術難題的重要途徑，如減阻、防污、防菌。尤其，自然生物經數億萬年優勝劣汰，逐漸進化形成了許多具有優勢功能的微納表面結構，這些優勢功能體表機理的認知與發現往往會給人類創新設計提供靈感，引起重大技術突破。
豬籠草口緣區在濕潤環境下顯現出超滑特性，昆蟲很難駐足在口緣區，常會“失足”滑落而被捕食。一直以來，科學家們對豬籠草類葉片形貌做了大量微觀表征，對其表面微納結構特征也有了一些了解。然而很多研究僅局限在微觀結構表征上，很少涉及到表面結構特征與液體介質間微觀尺度上的作用機制研究。微納結構表面作為氣、液、固等介質間的相互作用界面，其微觀結構特征勢必會影響界面上氣體、液體的微觀流動，引起新功能的産生。
陳華偉等以微創醫療器械表面超滑防粘為目标導向，深入表征了豬籠草口緣區微觀結構特征，首次發現液膜單方向搬運的神奇現象；通過液體、氣體在界面上微觀流動的動态觀測，揭示了單方向液膜搬運機理，提出了基于梯度楔形盲孔、梯度拱形邊緣的單方向液膜搬運表面的仿生設計新方法；通過對比試驗，進一步發展了傳統泰勒毛細升理論，提出了梯度泰勒毛細升、閉口梯度泰勒毛細升理論計算模型；同時，基于生物複制成形方法實現了逼真形貌的轉移制造，揭示了表面親水、疏水特性對單方向液膜搬運能力的影響規律，為仿生設計與生物制造打下了技術基礎。單方向液膜搬運無需動力且可實現坡度搬運，研究成果可直接用于自潤滑、MEMS、新能源，以及醫療器械表面防粘、無人機表面防冰等。
beat365英国官网网站是該研究的第一完成單位（第一作者和第一通訊作者），機械工程及自動化學院仿生與微納技術研究中心張德遠教授是文章的第一通訊作者，陳華偉教授是文章的第一作者和通訊作者，2013級博士生張鵬飛是文章的第一學生作者和共同第一作者。該研究還得到了文章通訊作者北航化學與環境學院江雷院士，以及中科院理化所和吉林大學等單位的合作幫助。
該研究得到了國家自然科學基金重大項目“精準微創手術器械創成與制造基礎”的子課題“仿生界面的設計與制造基礎研究”（51290292）的資助。此外，還得到其他國家自然科學基金項目（51175020， 51475029，21431009）以及beat365英国官网网站博士研究生創新基金的資助。
論文鍊接：http://www.nature.com/nature/journal/v532/n7597/abs/nature17189.html
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