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Abstract
Department of Physics and Bernal Institute, University of Limerick, National Technological Park, Ireland
Ferroelectricity in biological system has been anticipated both theoretically and experimentally over the past few decades. Claims of ferroelectricity in biological systems have given rise to confusion and methodological controversy. Over the years, a “loop” of induced polarization in response to a varying applied electrical field and a consequent polarization reversal has prompted many researchers to claim ferroelectricity in biological structures and their building blocks. Other observers were skeptical about the methodology adopted in generating the data and questioned the validity of the claimed ferroelectricity as such, “loop” can also be obtained from linear capacitors. In a paper with somewhat tongue-in-cheek title, Jim Scott showed that ordinary banana peels could exhibit closed loops of electrical charge which closely resemble and thus could be misinterpreted as ferroelectric hysteresis loops in barium sodium niobate, BNN paraphrasing it as “banana”. In this paper, we critically review ferroelectricity in biological system and argue that knowing the molecular and crystalline structure of biological building blocks and experimenting on such building blocks may be the way forward in revealing the “true” nature of ferroelectricity in biological systems.
Ferroelectricity piezoelectricity pyroelectricity biological materials ion channel voltage gating Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(4): 2341004
1 安徽建筑大学工程机械智能制造重点实验室，安徽 合肥 230601
2 安徽春谷3D打印智能装备产业技术研究院，安徽 芜湖 241000
Finally, the limitations of laser processing at present are summarized, and the application and development of laser micromachining technology in the field of medical equipment in the future are prospected. Although laser microprocessing technology can micro-process a new generation of implantable medical devices with extremely fine structure, making the commercial use of the next generation of implantable medical devices feasible, the development of laser micro-processing technology in the biomedical field is not mature enough, the production efficiency is low, and the work stability needs to be improved. For the laser micromachining process, a complete set of theories has not yet been formed to explain the physical nature of the interaction between the laser and material under the extreme conditions of ultra-fast, ultra-short, and ultra-strong, nor can the impact of laser micromachining on the material structure and physical and chemical properties be well evaluated. The next work still needs a lot of basic and regular research. At the same time, according to the characteristics of laser micromachining and the properties of the processed materials, it is also necessary to develop simulation analysis software to simulate the micromachining process and optimize the parameters of the laser micromachining process.
激光微细加工 血管支架 骨支架 生物材料 抗菌性 laser micromachining vascular stent bone stent biological materials antibacterial
1 国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
2 电子制约技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
针对目前消光材料实验室动态测试的现状和不足, 提出了基于单光路实现生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置和方法。设计和制作了生物材料紫外、红外复合消光性能的测试装置, 利用上述装置测试了真菌LZ0926孢子, 得到了烟幕箱自制生物材料烟幕的紫外、红外波段平均透过率及质量浓度分别为29.597%、14.514%、0.389 g/m3, 通过数据处理系统得到了生物材料紫外、红外波段平均质量消光系数分别为0.794 75 m2/g, 1.241 59 m2/g。实验结果表明: 该装置成功地利用单光路实现了生物材料的紫外、红外波段的复合消光性能测试, 进一步丰富了生物材料多波段消光性能的测试手段。
生物材料 复合消光 单光路 透过率 质量消光系数 biological materials composite extinction single optical path transmittance mass extinction coefficient 红外与激光工程
2018, 47(3): 0321003
1 脉冲功率激光技术国家重点实验室（电子工程学院）, 安徽 合肥 230037
2 电子制约技术安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230037
对制备的三种消光材料真菌An0429孢子, 真菌Bb0919孢子以及真菌Cx0507孢子的红外波段消光性能进行了测试分析。 静态测试采用压片法得到三种生物材料的镜面反射光谱, 然后根据Krames-Kronig(K-K)关系对三种生物材料红外波段的复折射率进行了计算。 由Mie理论计算得到三种生物材料红外波段的静态质量消光系数, 并与几种无机非金属材料进行了对比。 搭建烟幕箱实验平台, 对三种生物材料3~5 μm波段动态质量消光系数进行了测试分析, 得到三种消光材料的动态质量消光系数分别为1.257, 1.065以及1.009 m2·g-1。 测试分析结果表明, 三种生物材料的红外波段消光性能优于常见的无机材料, 其生产周期短, 生产成本低, 生产过程无毒, 对环境友好等优点, 使得生物消光材料具有较好的应用前景。
生物材料 红外波段 复折射率 质量消光系数 Biological materials Infrared band Complex reflective index Mass extinction coefficient 光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3430
1 内蒙古民族大学分析测试中心, 天然产物与废弃物利用研究所, 内蒙古 通辽 028000
2 内蒙古大学生物学博士后科研流动站, 内蒙古 呼和浩特 010021
3 内蒙古自治区环境污染控制与废物资源化重点实验室, 内蒙古 呼和浩特 010021
红外光谱是了解生物炭结构性质特征的重要手段。 通过采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)对不同物料和制备方式的生物炭结构性质特征进行表征。 结果表明: 不同的物料制备的生物炭均具有羟基、 芳香基及一些含氧基团的吸收峰, 与活性碳有共同特征; 但其他吸收峰, 有着显著差异。 高温炭化可以使玉米秸秆中—OH, —CH3, —CH2—, CO间发生缔合或消除, 促进了芳香基团的形成。 在不同炭化方式下, 加热和微波炭化, 对生物炭形成有着机理上差别, 加热炭化可致使醇、 酚中的—OH彼此结合或者消除, 形成苯环类基团, 而微波法能使得芳香基团钝化阻止其参与反应, 使得苯环类物质得以更多形成。 综上表明, 红外光谱可较好反映生物炭的结构特征, 揭示了生物炭主要含有—OH、 芳香基团等活性基团。
生物炭 生物物料 制备方式 炭化温度 FTIR FTIR Biochar Biological materials Preparation methods Carbonization temperature
1 东北大学材料与冶金学院， 辽宁 沈阳 110004
2 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110023
3 香港理工大学工业及系统工程学系，香港
生物医用钛及其合金是外科植入首选的替代材料，激光表面改性是改善钛合金表面磨损和腐蚀性能的有效方法。采用高功率连续波Nd:YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光气体氮化改性，获得了均匀致密、无孔洞裂纹等缺陷的氮化物改性层，合金表面对人体有害元素Al、V含量明显降低。利用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、振动摩擦磨损实验机及恒电位仪对Ti6Al4V合金气体氮化改性层的组织、磨损及在模拟人体体液中的电化学腐蚀性能进行研究。实验结果表明，激光气体氮化改善了Ti6Al4V合金作为生物医学材料使用的表面性能，其抗磨损及腐蚀性能显著提高。
医用光学与生物技术 生物材料 钛合金 激光表面改性 磨损 腐蚀
1 沈阳工业大学材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110023
2 东北大学材料与冶金学院， 辽宁 沈阳 110004
3 香港理工大学工业及系统工程学系，香港
NiTi形状记忆合金(NiTi SMA)广泛应用于医学领域。采用高功率连续波固体Nd:YAG激光进行氮化表面改性处理，选择适当的激光辐照工艺参数，在置于N2反应室中的NiTi形状记忆合金表面制备激光氮化改性层。改性层表面被厚度为1～2 μm的TiN陶瓷层封闭，涂层内部TiN增强相成梯度分布。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量损失谱(EDX)、X射线衍射(XRD)仪及模拟人体体液浸泡实验对改性层的组织形貌、成分、结构及生物活性进行分析评价。结果表明，改性层表面Ni含量极低，与基体NiTi合金存在良好的冶金结合，界面处成分均匀过渡。在模拟人体体液SBF溶液中沉积实验结果表明，NiTi合金经激光氮化改性处理后，改性层诱导Ca,P沉积物形成能力明显增强，说明激光氮化改性有效地改善了NiTi形状记忆合金作为医用植入材料使用的生物相容性。
光学设计与制造 生物材料 NiTi合金 激光氮化改性 生物活性
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 合肥 230029
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
介绍了在国家同步辐射实验室软X射线显微术实验站上利用氦气进行软X射线显微成像研究的理论依据、实验装置以及实验结果和意义
软X射线 显微术 含水生物样品
