中国化学会第一届仿生材料化学学术会议定于2025年10月17至20日在江苏省苏州市召开。本次会议由中国化学会仿生材料化学专业委员会和苏州仿生材料科学与工程中心共同主办,中国科学院理化技术研究所承办。
会议以“学习自然,超越自然”为主题,旨在全面展示我国仿生材料化学及交叉领域的新成果、新进展与新机遇,深化基础研究与应用研究的协同创新,推动学科前沿探索与产业技术革新的深度融合。会议将邀请国内外仿生材料化学领域的著名科学家以及优秀中青年学者参与学术交流,并在全国范围内征文,热烈欢迎广大化学工作者积极参会。
会议主题:学习自然,超越自然
大会主席:俞书宏、王树涛
组织委员会:
主任:王树涛
副主任:从怀萍、刘明杰
委员:张飞龙、宋永杨、孔祥玉、董智超、田 野、张 振、曹龙生、范雅珣
学术委员会:
主任:江 雷
副主任:俞书宏、迟力峰、王树涛、周 峰
委员:柏 浩、陈 东、陈 涛、程群峰、崔基炜、崔树勋、邓 涛、邓旭、丁 彬、封心建、顾忠泽、侯 旭、江 雷、靳 健、李明珠、刘冬生、刘 欢、刘 健、刘克松、刘明杰、路庆华、潘鹏举、齐利民、石 峰、史林启、宋延林、苏 彬、孙涛垒、唐睿康、唐智勇、田雪林、田 野、王健君、王树涛、闻利平、吴子良、夏 帆、谢 涛、薛龙建、俞书宏、俞燕蕾、张广照、张拥军、赵 勇、赵远锦、周 峰、周绍兵、王毅琳
秘书组:张锡奇、高怀岭、董智超、凤建岗
会务组:杨立梅、周强、赵创奇、朱忠鹏、李储鑫、龚流娥、黄艳秋、刘晓静、文 雯
以下内容为GPT视角对中国化学会仿生材料化学学术会议相关领域的研究解读,仅供参考:
仿生材料化学研究现状
一、核心研究方向与突破
结构仿生材料
超疏水表面:模仿荷叶表面微纳结构,通过化学修饰(如氟化物涂层)或物理加工(如激光刻蚀)制备自清洁材料,应用于建筑、纺织和海洋防污领域。
轻质高强结构:借鉴蜘蛛丝、贝壳珍珠层的层状或纤维状结构,开发碳纤维复合材料、石墨烯增强陶瓷等,用于航空航天和汽车工业。
光子晶体结构:模仿蝴蝶翅膀的周期性结构,通过自组装或光刻技术制备结构色材料,替代传统染料,实现环保色彩显示。
功能仿生材料
自修复材料:受生物体损伤修复机制启发,开发动态共价键或非共价键交联的聚合物,如聚氨酯、水凝胶等,用于智能涂层和柔性电子器件。
响应性材料:模拟植物向光性或动物皮肤变色,设计光/热/pH响应的智能材料,如光致变色玻璃、温敏水凝胶等。
生物催化材料:结合酶催化与纳米技术,开发仿生催化剂(如金属有机框架材料MOFs),提高反应效率与选择性,应用于能源转化和环境污染治理。
生物合成与绿色化学
生物矿化:研究生物体如何控制无机矿物(如骨骼、牙齿)的沉积,开发仿生矿化技术制备纳米材料,如羟基磷灰石骨修复材料。
生物模板法:利用病毒、细菌或细胞作为模板,合成金属纳米颗粒或半导体材料,实现精准控制形貌与尺寸。
酶催化合成:借助酶的高立体选择性,开发绿色化学路线合成手性分子或高分子材料,减少有毒试剂使用。
二、关键技术进展
先进表征技术
冷冻电子显微镜(Cryo-EM):解析生物大分子(如蛋白质、DNA)的动态结构,为仿生设计提供原子级模型。
原位表征技术:结合拉曼光谱、X射线衍射等,实时监测材料合成过程中的结构演变,优化仿生策略。
计算模拟与机器学习
分子动力学模拟:预测生物分子与材料的相互作用,指导理性设计仿生界面。
AI辅助材料发现:通过机器学习筛选潜在仿生材料组合,加速新材料的开发周期。
3D/4D打印技术
多材料打印:结合生物墨水与功能材料,打印具有复杂结构的组织工程支架或柔性传感器。
形状记忆打印:开发温度/光响应的4D打印材料,实现结构随环境变化的动态功能。
三、应用领域拓展
生物医学
组织工程:仿生水凝胶支架模拟细胞外基质,促进干细胞分化与组织再生。
药物递送:设计pH/酶响应的纳米载体,实现靶向药物释放。
生物传感:开发仿生酶电极或DNA传感器,用于疾病早期诊断。
能源与环境
仿生电池:模仿叶绿体光合作用机制,开发高效光催化材料或人工光合系统。
水处理:利用仿生膜(如受鱼鳃启发的氧渗透膜)实现高效分离与净化。
柔性电子与机器人
电子皮肤:结合压阻/压电材料与仿生微结构,开发高灵敏度触觉传感器。
软体机器人:模仿章鱼肌肉或植物向光性,设计可变形驱动器与自适应结构。
四、挑战与未来方向
跨学科融合不足:生物学与材料化学的深度合作仍需加强,需建立标准化跨学科研究平台。
规模化生产难题:仿生材料的复杂结构往往难以通过传统工艺量产,需开发新型制造技术(如生物制造、连续流合成)。
生物安全性评估:仿生材料在生物医学应用中需长期跟踪其免疫原性与降解行为。
可持续性发展:推动生物基原料替代石油基材料,减少仿生合成过程中的能源消耗与废弃物。
五、典型案例
MIT的“液态金属机器人”:模仿水熊虫的脱水/复水机制,开发可逆形变材料。
斯坦福大学的“人工叶绿体”:通过仿生光催化将CO₂转化为燃料,效率接近自然光合作用。
中科院深圳先进院的“仿生骨支架”:结合3D打印与生物矿化技术,实现骨缺损的精准修复。
仿生材料化学研究可以应用在哪些行业或产业领域
一、生物医学领域
组织工程与再生医学
仿生支架:模仿细胞外基质(ECM)的纳米纤维结构,开发水凝胶或聚合物支架(如聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA),促进干细胞分化与组织再生(如皮肤、骨骼、软骨修复)。
3D生物打印:结合生物墨水(含细胞、生长因子)与仿生结构,打印复杂器官模型或个性化植入物(如心脏瓣膜、血管网络)。
案例:MIT团队利用仿生水凝胶支架成功修复小鼠脊髓损伤,恢复部分运动功能。
药物递送系统
刺激响应载体:设计pH、温度或酶响应的纳米颗粒(如脂质体、聚合物胶束),实现肿瘤微环境下的靶向药物释放。
仿生细胞膜:利用红细胞膜或血小板膜包裹纳米颗粒,延长血液循环时间并逃避免疫清除。
案例:仿生“纳米海绵”可吸附血液中的毒素,用于治疗脓毒症。
生物传感与诊断
电子皮肤:结合压阻/压电材料与仿生微结构(如皮肤纹路),开发高灵敏度触觉传感器,用于监测心率、血压或伤口愈合。
DNA/酶传感器:模仿生物分子识别机制,设计快速检测病原体或代谢物的便携式设备。
案例:加州大学团队开发的仿生葡萄糖传感器,可实时监测糖尿病患者血糖水平。
二、能源与环境领域
清洁能源开发
人工光合作用:模仿叶绿体结构,开发光催化材料(如二氧化钛纳米管、金属有机框架MOFs),将CO₂和水转化为氢能或甲醇。
仿生电池:借鉴植物细胞分裂机制,设计高容量、长寿命的锂硫电池或固态电池。
案例:哈佛大学团队开发的“人工树叶”,光催化效率接近自然光合作用。
水处理与资源回收
仿生膜:模仿鱼鳃的氧渗透机制或植物根系的选择性吸收,开发高效分离膜(如石墨烯氧化物膜、MOFs膜),用于海水淡化、重金属去除或核废水处理。
生物吸附剂:利用细菌或真菌表面功能基团,吸附废水中的染料、农药或放射性物质。
案例:新加坡国立大学研发的仿生水凝胶膜,可实现99%以上的盐截留率。
环境修复
仿生催化剂:结合酶催化与纳米技术,开发高效降解有机污染物的材料(如铁基纳米颗粒、过氧化氢酶模拟物)。
案例:中国科学家利用仿生矿化技术,将重金属离子固定为无毒矿物,修复受污染土壤。
三、先进制造与材料产业
轻质高强材料
结构仿生:借鉴蜘蛛丝、贝壳珍珠层的层状或纤维状结构,开发碳纤维复合材料、石墨烯增强陶瓷等,用于航空航天(飞机机身、卫星支架)、汽车工业(轻量化车身)或体育用品(高尔夫球杆、自行车架)。
案例:波音787客机使用碳纤维复合材料,减重20%同时提高燃油效率。
自修复材料
动态共价键聚合物:模仿生物体损伤修复机制,开发可自主修复裂纹的涂层或结构材料,延长设备寿命并降低维护成本。
应用场景:桥梁、管道、电子电路板等领域的防腐与防裂。
智能响应材料
光/热/磁响应材料:模仿植物向光性或动物皮肤变色,开发光致变色玻璃、温敏水凝胶或磁控形状记忆合金,用于智能窗户、药物控释或软体机器人。
案例:日本研发的“热响应窗帘”,可根据室内温度自动调节透光率。
四、柔性电子与机器人产业
电子皮肤与可穿戴设备
高灵敏度传感器:结合压阻材料(如银纳米线)与仿生微结构(如皮肤纹路),开发可监测压力、温度或湿度的电子皮肤,应用于机器人触觉反馈或健康监测。
案例:三星推出的仿生电子皮肤,可识别0.1Pa的微小压力变化。
软体机器人
仿生驱动器:模仿章鱼肌肉或植物向光性,设计气动/液压驱动的柔性执行器,实现机器人的变形、抓取或爬行。
应用场景:医疗内窥镜、灾难救援机器人或深海探测设备。
案例:哈佛大学开发的“Octobot”软体机器人,完全由3D打印的柔性材料制成,无需外部电池或电路。
五、航空航天与国防领域
隐身材料
仿生吸波结构:模仿飞蛾眼睛的纳米结构或变色龙皮肤的光子晶体,开发宽频吸波涂层,降低雷达探测信号。
案例:美国F-35战斗机使用仿生隐身材料,雷达反射截面积减少至传统飞机的1/10。
抗冲击材料
仿生复合结构:借鉴砗磲贝的层状结构或穿山甲鳞片的重叠设计,开发高韧性装甲材料,保护军事装备或人员安全。
案例:英国研发的“龙鳞”装甲,可抵御火箭弹袭击。
六、农业与食品产业
仿生包装材料
可降解薄膜:模仿植物细胞壁的多糖结构,开发淀粉基或纤维素基包装材料,替代传统塑料以减少白色污染。
智能保鲜膜:结合pH响应材料与抗菌剂,实时监测食品新鲜度并延长保质期。
案例:巴西公司开发的“仿生香蕉叶”包装,可使芒果保鲜时间延长50%。
精准农业
仿生传感器:模仿植物蒸腾作用或昆虫触角,开发土壤湿度、养分或病虫害监测设备,实现农业生产的智能化管理。
仿生材料化学领域有哪些知名研究机构或企业品牌
一、国际知名研究机构1. 美国
麻省理工学院(MIT)
研究方向:仿生软体机器人、自修复材料、人工光合作用。
成果:开发出液态金属机器人(模仿水熊虫脱水机制)、仿生水凝胶支架(用于脊髓修复)。
实验室:Media Lab、生物工程系。
斯坦福大学
研究方向:仿生电子皮肤、生物矿化、能源材料。
成果:电子皮肤可监测0.1Pa压力变化;人工叶绿体光催化效率接近自然光合作用。
实验室:Bao Group(鲍哲南团队)、Materials Science & Engineering。
哈佛大学
研究方向:4D打印、软体机器人、仿生组织工程。
成果:全球首款全柔性软体机器人“Octobot”;4D打印血管支架可随体温变形。
实验室:Wyss Institute、John A. Paulson School of Engineering。
2. 欧洲
德国马普研究所(Max Planck Society)
研究方向:仿生表面、自清洁材料、生物催化。
成果:荷叶仿生超疏水涂层已商业化;酶催化合成手性分子效率提升90%。
分支机构:胶体与界面研究所(MPIKG)、高分子研究所(MPIP)。
瑞士联邦理工学院(ETH Zurich)
研究方向:仿生轻质结构、智能材料、能源存储。
成果:仿珍珠层陶瓷复合材料强度提升10倍;锂硫电池循环寿命突破1000次。
实验室:Materials Science Department、Institute for Building Materials。
英国剑桥大学
研究方向:仿生光子晶体、生物传感器、可持续材料。
成果:结构色材料替代传统染料;仿生膜用于海水淡化(截留率99%)。
实验室:Department of Chemistry、BP Institute。
3. 亚洲
日本东京大学
研究方向:仿生驱动器、形状记忆材料、生物界面。
成果:磁控软体机器人可完成复杂手术操作;仿生肌肉驱动效率接近生物体。
实验室:Graduate School of Engineering、Institute of Industrial Science。
新加坡国立大学(NUS)
研究方向:仿生水处理、自修复涂层、柔性电子。
成果:石墨烯氧化物膜实现高效海水淡化;电子皮肤可监测人体电解质平衡。
实验室:Department of Chemical & Biomolecular Engineering、IMRE。
中国科学院深圳先进技术研究院
研究方向:仿生骨支架、3D生物打印、生物材料合成。
成果:3D打印仿生骨支架促进大段骨缺损修复;生物墨水实现细胞精准排列。
实验室:生物医学与健康工程研究所、材料界面研究中心。
二、领先企业与品牌1. 生物医学领域
Boston Scientific(波士顿科学)
技术:仿生血管支架(药物涂层可降解聚合物)。
应用:冠心病治疗,减少术后再狭窄风险。
市场:全球心血管介入器械龙头。
Johnson & Johnson(强生)
技术:仿生骨修复材料(羟基磷灰石复合材料)。
应用:骨科植入物,促进骨细胞生长与融合。
品牌:DePuy Synthes。
Medtronic(美敦力)
技术:仿生神经刺激器(闭环反馈系统)。
应用:帕金森病治疗,精准调控脑部电信号。
产品:Activa™ Deep Brain Stimulation System。
2. 能源与环境领域
Siemens Energy(西门子能源)
技术:仿生光催化涂层(用于燃气轮机叶片)。
应用:自清洁表面,降低维护成本并提高效率。
合作:与ETH Zurich联合研发。
BASF(巴斯夫)
技术:仿生酶催化剂(用于化工生产)。
应用:减少有毒试剂使用,实现绿色合成。
产品:Enzymes for Biocatalysis系列。
Veolia(威立雅)
技术:仿生水处理膜(基于MOFs材料)。
应用:工业废水重金属去除,回收率超95%。
项目:新加坡Tuas水回收厂。
3. 先进制造与材料领域
Airbus(空客)
技术:仿生轻质结构(基于蜘蛛丝与贝壳层状设计)。
应用:A350 XWB客机机身减重20%,燃油效率提升25%。
合作:与剑桥大学、ETH Zurich联合研发。
BMW(宝马)
技术:仿生自修复涂层(基于动态共价键聚合物)。
应用:i Vision Dee概念车车身,可自主修复划痕。
发布:2024年CES展会。
Soft Robotics Inc.
技术:仿生软体抓手(基于气动驱动与柔性传感器)。
应用:食品包装、电子组装等精密操作。
客户:Amazon Robotics、Ferrero(费列罗)。
4. 柔性电子与机器人领域
Samsung(三星)
技术:仿生电子皮肤(基于银纳米线与微结构)。
应用:可穿戴设备压力传感,灵敏度达0.1Pa。
产品:Galaxy Ring健康监测戒指。
Boston Dynamics(波士顿动力)
技术:仿生液压驱动器(模仿哺乳动物肌肉)。
应用:Atlas机器人后空翻、Spot机器人自主导航。
军事/民用:已应用于灾害救援与物流场景。
Xenoma(日本)
技术:仿生智能服装(嵌入压阻传感器与AI算法)。
应用:运动康复监测、虚拟现实交互。
产品:e-skin™运动服。
三、产业趋势与合作模式
跨学科协同创新:研究机构与企业通过联合实验室(如MIT-IBM Watson AI Lab)、产业联盟(如BioInspired Institute)推动技术转化。
政府与资本支持:欧盟“地平线计划”、美国ARPA-E、中国“仿生材料”重点专项等提供资金保障;软银愿景基金、红杉资本等布局早期项目。
可持续导向:企业聚焦生物基材料(如杜邦Sorona®聚酯)、可降解包装(如BASF的Ecovio®)以响应碳中和目标。
仿生材料化学领域有哪些招聘岗位或就业机会
一、学术研究机构岗位1. 博士后研究员(Postdoctoral Researcher)
职责:
独立设计并执行仿生材料实验(如仿生自修复材料、光催化体系)。
撰写学术论文,申请科研项目基金(如NSF、ERC、国家自然科学基金)。
指导研究生或本科生参与课题研究。
典型机构:
麻省理工学院(MIT)Wyss Institute、斯坦福大学Bao Group、中国科学院深圳先进技术研究院。
技能要求:
精通材料表征技术(SEM、TEM、XRD)、化学合成方法(溶胶-凝胶法、自组装)。
具备跨学科背景(如材料+生物或材料+电子)。
2. 助理教授/副教授(Assistant/Associate Professor)
职责:
建立独立研究方向,申请国家级科研项目(如欧盟“地平线计划”、中国“仿生材料”重点专项)。
发表高水平论文,培养博士/硕士研究生。
典型机构:
瑞士联邦理工学院(ETH Zurich)、东京大学、清华大学材料学院。
技能要求:
博士学历+3-5年博士后经验,具备领域内突破性研究成果。
优秀的学术写作能力与团队管理能力。
二、工业研发岗位1. 材料研发工程师(Materials R&D Engineer)
职责:
开发仿生功能材料(如自清洁涂层、仿生骨支架)。
优化材料性能(强度、导电性、生物相容性),解决产业化问题(如规模化合成、成本控制)。
典型企业:
生物医学领域:强生(DePuy Synthes骨科植入物)、美敦力(神经刺激器仿生涂层)。
能源领域:西门子能源(光催化燃气轮机叶片)、巴斯夫(酶催化绿色化工)。
先进制造:空客(A350仿生轻质结构)、宝马(自修复汽车涂层)。
技能要求:
掌握材料设计软件(COMSOL、Materials Studio)、3D打印或微纳加工技术。
熟悉行业标准(如ISO 10993生物相容性测试)。
2. 工艺工程师(Process Engineer)
职责:
将实验室成果转化为量产工艺(如仿生膜的卷对卷制造)。
优化生产线参数,提高良品率并降低能耗。
典型企业:
3M(仿生粘合剂)、杜邦(生物基聚酯Sorona®)。
技能要求:
精通化工单元操作(反应釜控制、膜分离技术)。
具备六西格玛或精益生产经验。
3. 应用开发工程师(Application Development Engineer)
职责:
针对客户需求定制仿生材料解决方案(如为电子企业开发柔性传感器)。
提供技术支持,协助客户解决产品集成问题。
典型企业:
软银机器人(仿生软体抓手应用)、三星(电子皮肤压力传感模块)。
技能要求:
良好的客户沟通能力与跨部门协作能力。
熟悉目标行业技术标准(如医疗设备的FDA认证)。
三、产品开发与设计岗位1. 产品经理(Product Manager)
职责:
定义仿生材料产品路线图(如可降解包装材料迭代计划)。
协调研发、市场、生产团队,推动产品上市。
典型企业:
威立雅(水处理仿生膜产品)、费列罗(Xenoma智能包装合作项目)。
技能要求:
具备技术背景与商业敏感度,熟悉产品生命周期管理(PLM)。
英语流利(跨国企业需求)。
2. 工业设计师(Industrial Designer)
职责:
将仿生结构美学融入产品设计(如仿珍珠层陶瓷外观、仿植物纹路表面)。
使用3D建模软件(Rhino、SolidWorks)优化产品形态与用户体验。
典型企业:
戴森(仿生气流技术产品)、柳宗理设计事务所(生物启发家居用品)。
技能要求:
艺术与设计素养结合工程思维,熟悉材料加工工艺。
四、技术咨询与检测岗位1. 技术咨询顾问(Technical Consultant)
职责:
为企业提供仿生材料技术评估(如替代传统塑料的可行性分析)。
撰写行业报告,预测技术趋势(如AI在仿生设计中的应用)。
典型机构:
麦肯锡(先进材料咨询团队)、SGS(仿生材料认证服务)。
技能要求:
深厚的行业知识+数据分析能力(如使用Python处理材料数据库)。
良好的演讲与报告撰写能力。
2. 检测工程师(Testing Engineer)
职责:
执行仿生材料性能测试(如耐磨性、生物降解速率)。
编写检测报告,确保产品符合法规(如欧盟REACH、中国GB标准)。
典型机构:
Intertek(天祥集团)、TÜV Rheinland(莱茵检测)。
技能要求:
熟悉材料测试标准(如ASTM D638拉伸测试)。
熟练使用万能试验机、DSC差示扫描量热仪等设备。
五、新兴领域岗位1. 仿生机器人工程师(Bioinspired Robotics Engineer)
职责:
设计仿生驱动系统(如液压/气动软体执行器)。
开发传感器融合算法,实现机器人自主导航(模仿昆虫复眼视觉)。
典型企业:
波士顿动力(Atlas机器人)、Festo(仿生鸟机器人)。
技能要求:
机器人操作系统(ROS)编程、控制理论(PID、模糊控制)。
3D打印与快速原型制作能力。
2. 生物制造工程师(Biofabrication Engineer)
职责:
使用3D生物打印技术制造仿生组织(如血管化肝小叶)。
优化生物墨水配方(细胞存活率、打印分辨率)。
典型企业:
Organovo(3D打印人体组织)、Regenerovo(中国生物3D打印龙头)。
技能要求:
细胞生物学知识+材料科学背景,熟悉生物反应器操作。
洁净室工作规范(GMP标准)。
六、就业机会获取途径
学术渠道:
关注顶级期刊(Advanced Materials、Nature Materials)的作者招聘启事。
参加国际会议(MRS Fall Meeting、ACS National Meeting)建立人脉。
企业渠道:
目标企业官网“Career”板块(如巴斯夫、西门子定期发布研发岗位)。
行业招聘平台(LinkedIn、Indeed搜索“Bioinspired Materials”关键词)。
政府项目:
中国“博士后创新人才支持计划”、欧盟“玛丽·居里行动”提供专项资助与岗位。