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[专家学者] 厦门大学材料学院刘向阳

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发表于 2017-3-27 15:43:57 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
刘向阳教授国家特聘专家,教育部长江学者讲座教授。厦门大学材料学院生物材料系主任、厦门大学生物仿生及软物质研究院(筹)院长毕业于山东大学化学系,获得理学学士学位;并于山大晶体材料研究所,获得固体物理硕士学位。1989年, 刘向阳教授受国际著名晶生长专家 P. Bennema 教授的邀请,由壳牌石油公司特别奖学金资助,到荷兰莱梅享大学攻读博士学位。他于1993年,获得博士学位,并被授于特优(cum laude)称号。在从事两年多博士后研究之后,刘向阳教授于1996 年,被Unilever, Port Sunlight实验室聘为永久研究员.刘向阳教授于1999 年年底加入新加坡国立大学物理系,为物理系及化学系的终生正教授.2012年7月,刘向阳教授加盟厦门大学.


姓名:刘向阳
职称:教授,博士生导师
电话:0592-2181839
传真:0592-2182775
邮箱:liuxy@xmu.edu.cn


个人简历
工作经历:
2012年8月至今        厦门大学        国家特聘教授
1999年年底        新加坡国立大学物理系        终生正教授
1996年-1999年        Unilever, Port Sunlight 实验室        永久研究员
1993年-1996年        荷兰莱梅亨大学        博士后研究员
1982年-1989年        中科院福建物构所        助理研究员

教育经历:
1989.9-1993.11        荷兰莱梅亨(Nijmegen)大学        哲学博士(特优)        
1982.9-1985.7        山东大学        理学硕士        固体物理
1978.9-1982.8        山东大学        理学学士        化学分析

       刘向阳教授,在生物物理、仿生材料、纳米科技、晶体生长、表面以及胶体科学等方面有超过25年在学术界及工业界工作经验。由于在晶体生长,生物物理及软功能材料方面杰出成就,多次应邀去世界各地做尖端学术报告并在不同国际性学会的任职。以第一作者及通讯作者为计, 刘向阳教授已在如 Nature, J. Am. Chem. Soc.,Phys. Rev. Lett., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mat., J. Biological Chem. 等国际著名顶级科技杂志,发表了近200篇论文与不同专著重要章节,由著作出版社,如Springer, Wiley-VCH,等特邀编著的的4部专著。其工作也常被Nature, Phys. Rev. Lett.等著名杂志大量引用,以及世界媒体 和著名网站如Nature Science Update, Nature Phys. Portal, Nature Material Update 广泛报导。在有关国际学术大会及相关研讨会上做了大会及特邀报告80余次,主办国际学术会议近20次.
        刘向阳教授任(第五届)亚洲晶体生长及技术协会主席,国际晶体生长协会理事,并任Biophys. Rev. Lett. 主编,J. Crystal Growth特邀客座主编(2011-2012). 现为新加坡中国科技促进会副会长,中组部国家家特聘教授, 中国教育部长江学者讲座教授.中国教育部国家优秀自费留学生奖学金评审专家,中国公费留学人员及学生联合会特邀学术顾问,新加坡国家科学院青年科学奖评委, 新加坡物理学会终生Fellow。同时也是许多著名科技杂志,如PNAS, J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mat., ACS Nano, Adv Func Mat. Small等的特邀审稿人。
        做为国际晶体生长领域的领军科学家之一, 刘向阳教授在晶体/液界面结构,结晶动力学及形态学的基础理论与实验,都做出了许多杰出的贡献。特别在晶体固液界面模型发展,粗糙转变的实验观测,及其临界行为,以及通过分子动力学计算机模拟预测溶液晶体形态,都取得了开拓性的进展,并取得标致性的成果。其结果多次发表在自然(Nature),物理评论快报(PRL),美国化学学报(JACS),德国应用化学(Angew Chemie),等国际顶尖期刊上。刘向阳教授在晶体形态学方面的突破,正如在自然上所发表的一篇文章(Nature 374, 342 (1995))的审稿人评论:“该工作开创了预言生长形态和界面参量分析的新方法,其重要性将横跨整个材料化学领域”。成核这一普遍存在的现象,自从发现以来,其全过程机理,从未被从实验上,定量地被证实过。几个世纪以来,许多科学家为此,争论不休.刘向阳教授及领导的实验室,基于其发展的全新的胶体实验模拟体系,第一次从实验上定量地验证了有关成核的经典理论。并定量得出经典理论适用及不适用的各种条件。这一对材料科学具有广泛影响的结果,被发表在 Nature (429,739(2004年)), JACS, Angew Chem 等著名刊物上.
      刘向阳教授在生物功能材料方面已取得了许多的重要突破:在生物矿化方面,研究发现了生物超硬组织(如牙齿、骨 骼、贝壳等)是由于其有序的的微纳米结构所致。这种微纳米级的有序结构是通过一种称之为自外延成核控制生物矿微晶组装所致。在组装过程中,特定生物起了关键性的作用。该具有里程碑意义的工作已发表在J. Am. Chem. Soc.,J. Bio. Chem. 及Appl. Phys. Lett.等学术期刊上。该项科研成果将使制造奇特的高性能功能材料或寻找治疗蛀牙骨质疏松,骨折的有效方法成为可能,已在科学界引起的轰动并且该工作在世界范围内广泛报道,其中包括在著名的Nature Sci. Update上的报导,多次在国际会议上做特邀大会报告,并得到世界各媒体的广泛报导以及专题采访。
      刘向阳教授在微纳米级水滴凝结方面的研究成果,揭示了微米水滴结冰的新规律。这在气候改变方面具有特殊意义。与此相关,在生物抗冻蛋白在阻止水结冰的抗冻机制方面的最新成果对细胞水平的冻结控制取得具有重要的意义。这方面的工作发表在权威的J. Am. Chem. Soc., J. Bio. Chem., Appl. Phys. Lett.,并引起了世界范围内广泛注意及报导,其中包括著名的Nature Science Update, Nature Phys. Portal, Nature Material Update和MRS Bulletin。
      刘向阳教授近年来对软物质及生物仿生功能材料的研究,取得了一系列突破性进展。具有三维自组织微纳米超分子功能材料,纳米材料合成,生物大分子分离,个人保健护肤,食品加工,石化,等具有非常重要的应用。刘教授的研究,第一次从分子角度,揭视了超分子功能材料三维自组织纤维网络形成的结晶机制, 并首次建立了三维结构与宏观性能的关系。在此基础上,提出了三维微纳米结构的构筑原理。构筑超分子软物质,开辟了新的方向。
      以上对功能材料方面突出的研究成果及所取得的重要进展,已对包括生物医学,半导体,激光,非线性和光功能材料到结构生物学产生了重要影响。其研究小组提出的有关晶液界面结构动力学、分子水平分析的模型对功能材料领域的传统方法已发出了挑战;在复杂结构形成动力学以及结构与性能关系的全新见解为先进材料分子设计工程学方面的研究开拓了一个全新的方向,并产生了极大的影响。基于上述原理,刘教授的研究室已实现了通过真正三维纳米网络构筑来设计、制造全新功能材料。其最新的进展包括以特定分子及外场对功能材料的纳米结构进行构筑和加工。已成功地应用于制造超级生物丝。这方面的工作不仅发表在许多顶尖国际杂志上(如 Phys. Rev. Lett, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mat. 等),其工艺也申请了5项的国际专利。
      以上软物质的研究结果与原理,在蜘蛛丝、蚕丝的结构与性能理解方面,起了极其重要的作用,使人们了解了蜘蛛丝具有超凡 性能的结构原因,并为丝的功能化,开展了全新的路径。刘向阳教授实验室与合作者,在蚕丝成丝前,活蚕生物体内进行组装,已被证实行之有效。经过仔细选择功能化分子,将罗丹明系列荧光染料,添加到了蚕丝纤维中,得到了可发荧光的蚕丝。并将该工作发表在国际著名材料类期刊Adv. Mater.上,并被Nature Chemistry, Nature Asia Materials,Materials Today, Chemical & Engineering News, Chemistry World, Scientific American, New Scientist等著名杂志与网站的大量报道
      为了表彰刘教授近来的成就,刘向阳教授获得新加坡国立大学授予的2007年唯一的年度杰出研究者奖。除在学术上的杰出表现,还在工业界及不同的大学中出任有关顾问,并获多项大奖。

研究领域
一、晶体/液界面结构、结晶动力学及形态学的基础理论与实验研究
      做为国际晶体生长领域的领军科学家之一,刘向阳教授在特别在晶体固液界面模型发展,粗糙转变的实验观测,及其临界行为,以及通过分子动力学计算机模拟预测溶液晶体形态,都取得了开拓性的进展,并取得标致性的成果。其结果多次发表在自然(Nature)、物理评论快报(PRL)、美国化学学报(JACS)、德国应用化学(Angew Chemie)等国际顶尖期刊上。刘向阳教授在晶体形态学方面的突破,正如在自然上所发表的一篇文章(Nature 374, 342 (1995))的审稿人评论:“该工作开创了预言生长形态和界面参量分析的新方法,其重要性将横跨整个材料化学领域”。成核这一普遍存在的现象,自从发现以来,其全过程机理,从未被从实验上,定量地被证实过。几个世纪以来,许多科学家为此,争论不休.刘向阳教授及领导的实验室,基于其发展的全新的胶体实验模拟体系,第一次从实验上定量地验证了有关成核的经典理论。并定量得出经典理论适用及不适用的各种条件。这一对材料科学具有广泛影响的结果,被发表在Nature (429,739(2004年)),JACS,Angew Chem 等著名刊物上。


二、生物功能材料领域
1. 在生物矿化方面
      研究发现了生物超硬组织(如牙齿、骨 骼、贝壳等)是由于其有序的的微纳米结构所致。这种微纳米级的有序结构是通过一种称之为自外延成核控制生物矿微晶组装所致。在组装过程中,特定生物起了关键性的作用。该具有里程碑意义的工作已发表在J. Am. Chem. Soc.,J. Bio. Chem. 及Appl. Phys. Lett.等学术期刊上。该项科研成果将使制造奇特的高性能功能材料或寻找治疗蛀牙骨质疏松,骨折的有效方法成为可能,已在科学界引起的轰动并且该工作在世界范围内广泛报道,其中包括在著名的Nature Sci. Update上的报导,多次在国际会议上做特邀大会报告,并得到世界各媒体的广泛报导以及专题采访。
2.在微纳米级水滴凝结方面的研究成果,揭示了微米水滴结冰的新规律
      这在气候改变方面具有特殊意义。与此相关,在生物抗冻蛋白在阻止水结冰的抗冻机制方面的最新成果对细胞水平的冻结控制取得具有重要的意义。这方面的工作发表在权威的J. Am. Chem. Soc., J. Bio. Chem., Appl. Phys. Lett.,并引起了世界范围内广泛注意及报导,其中包括著名的Nature Science Update, Nature Phys. Portal, Nature Material Update和MRS Bulletin。

三、软物质及生物仿生功能材料
      在软物质及生物仿生功能材料的研究,取得了一系列突破性进展。具有三维自组织微纳米超分子功能材料、纳米材料合成、生物大分子分离、个人保健护肤、食品加工、石化等具有非常重要的应用。刘教授的研究,第一次从分子角度,揭视了超分子功能材料三维自组织纤维网络形成的结晶机制,并首次建立了三维结构与宏观性能的关系。在此基础上,提出了三维微纳米结构的构筑原理。构筑超分子软物质,开辟了新的方向。


主要科研成果
       刘向阳教授,在生物物理、仿生材料、纳米科技、晶体生长、表面以及胶体科学等方面有超过25年在学术界及工业界工作经验。由于在晶体生长,生物物理及软功能材料方面杰出成就,多次应邀去世界各地做尖端学术报告并在不同国际性学会的任职。以第一作者及通讯作者为计, 刘向阳教授已在如 Nature, J. Am. Chem. Soc.,Phys. Rev. Lett., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mat., J. Biological Chem. 等国际著名顶级科技杂志,发表了近200篇论文与不同专著重要章节,由著作出版社,如Springer, Wiley-VCH,等特邀编著的的4部专著。其工作也常被Nature, Phys. Rev. Lett.等著名杂志大量引用,以及世界媒体 和著名网站如Nature Science Update, Nature Phys. Portal, Nature Material Update 广泛报导。在有关国际学术大会及相关研讨会上做了大会及特邀报告80余次,主办国际学术会议近20次.
      刘教授对功能材料方面突出的研究成果及所取得的重要进展,已对包括生物医学,半导体,激光,非线性和光功能材料到结构生物学产生了重要影响。其研究小组提出的有关晶液界面结构动力学、分子水平分析的模型对功能材料领域的传统方法已发出了挑战;在复杂结构形成动力学以及结构与性能关系的全新见解为先进材料分子设计工程学方面的研究开拓了一个全新的方向,并产生了极大的影响。基于上述原理,刘教授的研究室已实现了通过真正三维纳米网络构筑来设计、制造全新功能材料。其最新的进展包括以特定分子及外场对功能材料的纳米结构进行构筑和加工。已成功地应用于制造超级生物丝。这方面的工作不仅发表在许多顶尖国际杂志上(如 Phys. Rev. Lett, J. Am. Chem. Soc., Adv. Mat. 等),其工艺也申请了5项的国际专利。
      基于软物质的研究结果与原理,在蜘蛛丝、蚕丝的结构与性能理解方面,起了极其重要的作用,使人们了解了蜘蛛丝具有超凡性能的结构原因,并为丝的功能化,开展了全新的路径。刘向阳教授实验室与合作者在蚕丝成丝前,进行活蚕生物体内组装,已被证实行之有效。经过仔细选择功能化分子,将罗丹明系列荧光染料,添加到了蚕丝纤维中,得到了可发荧光的蚕丝。并将该工作发表在国际著名材料类期刊Adv. Mater.上,并被Nature Chemistry, Nature Asia Materials,Materials Today, Chemical & Engineering News, Chemistry World, Scientific American, New Scientist等著名杂志与网站的大量报道。
      为了表彰刘教授近来的成就,刘向阳教授获得新加坡国立大学授予的2007年唯一的年度杰出研究者奖。除在学术上的杰出表现,还在工业界及不同的大学中出任有关顾问,并获多项大奖。


主要代表学术论著与论文
      在Nature、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mat.、J. Biological Chem.等国际著名顶级科技杂志,发表了近200篇论文与不同专著重要章节,由著作出版社如Springer、Wiley-VCH等特邀编著4部专著。


主要代表性论文:
1.  X.Y. Liu*, P. BENNEMA and J.P. van der Eerden: The rough-flat-rough transition at crystal surfaces, Nature 356, 778 (1992).
2.  X.Y. Liu*, E.S Boek, W.J. Briels and P. BENNEMA: Prediction of growth morphology of crystals based on interfacial structure analysis, Nature 374, 342-345 (1995).
3.  X.Y. Liu*, P. van Hoof and P. BENNEMA: Surface roughening of n‑alkane crystals: solvent dependent critical behavior, Phys. Rev. Lett. 71, 109 (1993).
4.  A.P.H.J. Schenning, F.B.G. Benneker, H.P.M. Geurts, X.Y. Liu*, R.J.M. Nolte*, “A facile method for the construction of porphyrins wheels”, J. Am. Chem.Soc. 118, 8549 (1996).
5.  X.Y. Liu, “Effect of Microgravity on Ca Mineral Crystallization and Implications for Osteoporosis in Space” Appl. Phys. Lett. 79, 3539-3542 (2001). Highlighted by Nature Science Update (Nov 12, 2001).
6.  X.Y. Liu*, and P.D. Sawant, “Mechanism of the formation of self-organized micro-structure in functional materials”, Adv. Materials 14, 421-426 (2002).
7.  N. Du, and X.Y. Liu, “Controlled ice nucleation in microsized water droplet”, Appl. Phys. Lett. 81, 445-447 (2002). Highlighted by Nature Physics Portal and Nature Materials Update (July 18, 2002) and MRS Bulletin (E.A. Shack, MRS Bulletin 27, 586 (2002)).
8.  X.Y. Liu*, and P.D. Sawant, “Micro/Nanoengineering of Self-Organized Three-Dimensional Fibrous Structure of Functional Materials”, Angew. Chemie Int. Ed. 41, 3641-3645 (2002).
9.  X.Y. Liu*, P.D. Sawant, Wee Beng Tan,  I. B. M. Noor, C. Pramesti, and B. H. Chen, “Creating New Supramolecular Materials by Architecture of Three-Dimensional Nano Crystal Fiber Networks”, J. Am. Chem. Soc., 124, 15055-15063 (2002).
10.   P. D. Sawant, and X.Y. Liu*, “Formation and Novel Thermo-mechanical Processing of Biocompatible Soft Materials”, Chemistry of Materials 14,  3793-3798 (2002).
11.   X.Y. Liu*, S.W. Lim, “Templating and Supersaturation Driven Anti-Templating: Principles of Biominerals Architecture”, J. Am. Chem. Soc. 125,888-995 (2003).
12.  K.-Q. Zhang and X. Y. Liu*, “In situ observation of colloidal monolayer nucleation driven by an alternating electric field”, Nature 429, 739-742 (2004).
13.  C. Strom, X.Y. Liu* and Z.C. Jia, “Ice surface reconstruction as AFP-induced morphological modification mechanism, J. Am. Chem. Soc., 127, 428-440 (2005).
14.  Keqin Zhang and X. Y. Liu*, “Two scenarios of the colloidal phase transitions”, Phys. Rev. Lett. 96, 105701-105704 (2006).
15.  Jing Liang Li, X.Y. Liu*, Christina Strom, and J. Y. Xiong, “Engineering of a Supramolecular Functional Material by Architecture of the Micro/nano Structure of Fiber Network”, Adv. Mat. 18, 2574–2578 (2006).
16.  Tian Hui Zhang, X. Y. Liu*, How Does Transient Amorphous Precursor Template Crystallization, J. Am. Chem. Soc. 129, 13520-13526 (2007).
17.  Rong-Guo Xie, and X.Y. Liu*, “Electrically Directed On-Chip Reversible Patterning of Two-Dimensional Tunable Colloidal Structures”, Adv. Func. Mat. 18, 802–809 (2008).
18.  Haibing Xia, X.Y. Liu*, Keqin Zhang, “Nano Architecture by molecular structure-directing agent”, Chemistry of Materials 20, 2432-2434 (2008).
19.  Jiahai Shi, Shixiong Lua, Ning Du, Xiang Yang Liu, Jianxing Song: Identification, recombinant production and structural characterization of four silk proteins from the Asiatic honeybee Apis cerana, Biomaterials 29, 2820-2828 (2008).
20.  Tian Hui Zhang and Xiang Yang Liu*, Nucleation: What Happens at the Initial Stage?, Angew. Chemie Int. Ed. 48, 1308-1312 (2009).
21. Rongguo Xie, Xiang Yang Liu*: Controllable Epitaxial Crystallization and Reversible Oriented Patterning of Two-Dimensional Colloidal Crystals, J. Am. Chem. Soc. 131, 4976-4982 (2009).
22. Shaokun Tang, Xiang Yang Liu,* and Christina S. Strom, Producing Supramolecular Functional Materials Based on Fiber Network Reconstruction, Adv. Fun. Mat. 19, 1-8 (2009).
23. Jing-Liang Li and Xiang Yang Liu*, Architecture of Supramolecular Soft Functional Materials: from Understanding to Micro/nano Engineering (Feature Article), Adv. Fun. Mat., 20, 3196-3216 (2010). (Highlighted as the Frontispiece).
24. Haihua Pan, Xiang Yang Liu*, Ruikang Tang  and Hongyao Xu, “Mystery of the Transformation from Amorphous Calcium Phosphate to Hydroxyapatite”, Chem. Comm. 46,  7415 – 7417(2010).
25. X. D. Zhao, H. M. Fan , J. Luo, X. Y. Liu*, J, Ding, B. S. Zou, Y. P. Feng, Electrically Adjustable, Super Adhesive Force of Superhydrophobic Aligned MnO2 Nanotube Membrane, Adv. Fun. Mat., 21, 184-190 (2011).
26. Ning Du, Zhen Yang, Xiang Yang Liu*, Yang Li, Hong Yao Xu, Structural Origin of Strain-Hardening of Spider Silk, Adv. Fun. Mat., 21, 772-778 (2011).
27. Natalia C. Tansil, Yang Li, Choon Peng Teng, Shuangyuan Zhang, Khin Yin Win, Xing Chen, Xiang Yang Liu, and Ming-Yong Han*, “Intrinsically Colored and Luminescent Silk”, Adv. Mat. 23, 1463–1466 (2011).
(Highlighted by Nature Chemistry, Nature Asia Materials (http://www.nature.com/am/journal/2011/201104/full/am201182a.html), Materials Today, Chemical & Engineering News, Chemistry World, Scientific American, New Scientist, RSC Publishing: http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/February/15021103.asp (i) http://www.physorg.com/news/2011 ... al-advantages.html;
28. Natalia C. Tansil, Yang Li, Leng Duei Koh, Teng Choon Peng, Khin Yin Win, Xiang Yang Liu, Ming-Yong Han, “The use of molecular fluorescent markers to monitor absorption and distribution of xenobiotics in a silkworm model”, Biomaterials 32, 9576-9583 (2011, Dec).
29. Bing Yuan, Jing-Liang Li, Xiang Yang Liu*, Yu-Qiang M and Hong-Yao Xu, “Critical Behavior of Confined Supramolecular Soft Materials in Microscopic Scale”, Chem. Comm. 47, 2793–2795(2011). (Highlighted by RSC publishing: http://blogs.rsc.org/cc/2011/02/ ... lar-soft-materials/).
30. Zhengquan Yan,  Hongyao Xu, Shanyi Guang, Xian Zhao, Weiliu Fan, and Xiang Yang Liu*, “A convenient organic-inorganic hybrid approach toward highly stable squaraine dyes with lessened H-aggregation”, Adv. Fun. Mat. 22, 345-352 (2012).
31. Naibo Lin, X. Y. Liu,* Ying Ying Diao, Hongyao Xu,  Chunyan Chen, Xinhua Ouyang, Hongzhi Yang, and Wei Ji, “Switching on Fluorescent Emission by Molecular Recognition and Aggregation Dissociation”, Adv. Fun. Mat. 22, 361-368 (2012).
32. Ying Ying Diao and X. Y. Liu*, “Colloidal Crystallization: Experimental Modeling of General Crystallization and Biomimicking of Structural Color”, Adv. Func. Mat. (Feature article) 22, 1354–1375 (April 10, 2012).
33. Zhi Lin , Qinqiu Deng , Xiang Yang Liu , and Daiwen Yang, Engineered Large Spider Eggcase Silk Protein for Strong Artificial Fibers, Adv. Mat. 2012, (DOI: 10.1002/adma.201204357).
34. Hui Wang, Xiang Yang Liu*, Yon Jin Chuah, James C. H. Goh, Jing Liang Li, Hongyao Xu, Design and engineering of silk fibroin scaffolds with biomimetic hierarchical structures,  Chem. Comm. 49, 2013 (1431-1433).
35. Ying Ying Diao, Xiang Yang Liu*, Guoyang William Toh, Lei Shi and Jian Zi, Multiple Structural Coloring of  Silk Fibroin Photonic Crystals and  Humidity Responsive Color Sensing, Adv. Func. Mat. 2013, (DOI: 10.1002/adfm.201203672).



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沙发
发表于 2021-5-9 18:09:43 | 只看该作者
蚕丝纤维通常被称为”纤维女王”,在纺织业已被使用超过五千年的历史。蚕丝为原材料的丝绸,也是中国古文明输出的物质遗产之一。随着材料科学的发展和对蚕丝研究的深入,蚕丝不再局限于传统的纺织工业,而是目前被认为是二十一世纪最有前途的材料之一。由于其具备良好的机械性能,生物相容性以及可控生物降解性等本征特性,引起了科学界极大的研究兴趣,目前,蚕丝材料已被广泛应用于组织工程、柔性电子、药物输送、生物分析等高科技领域。
       日前,发表在国际著名学术期刊《先进材料》上的综述报告,让这些梦想中的人工智慧与大健康结合的场景,正一步一步向我们“走”来。将制作纺织品蚕丝,制成生物Ai芯片以及各类智能传感器附于皮肤上或植入体内,可以实时采集与人体活动与健康有关的信号,对人们的健康状况进行在体监测,自动监控血糖、血压,遇到心脏骤停等状况,及时预警和智能急救……
       这一系列成果来自国家特聘教授刘向阳的厦门大学团队。该团队首次在国际上制备出具有革命性的丝素蛋白介观杂化材料,构建出高性能、高稳定性、低能耗的可实用的蚕丝介观神经芯片与各类高性能介观柔性传感器。

从“纤维女王”变成“智慧女王”
        随着大数据、人工智能的发展,人工智能光、电芯片,与智慧传感技术,已经被广泛地应用于学习、识别和认知与大健康等领域,并逐渐成为引领社会进步的科技要素之一。特别是如何将基于大健康,与大数据、人工智能的的物质基础,倍受人们的关注。为了迎合新时期信息电子器件在柔性可穿戴及体内可植入等领域的应用趋势,越来越多的有机蛋白质器件受到青睐。这里最具有挑战性的议题是,我们是否能将的蚕丝这一普通天然纺织材料,变成与人体组织相容合的,能“安装”到人体内的生物传感与智能光、电柔性器件。
       至此,刘向阳团队瞄准了源于桑蚕丝的丝素蛋白材料。该蛋白材料具有优异的力学性能、生物相容性。如果将来植入人体,还能可控降解,是构建蛋白质基电子器件的理想材料。现有的生物有机材料,由于缺少特有的电荷传输机制,在构建的电子器件时,存在电学稳定性极差、信息存储擦写速度慢及工作能耗高等问题,无法实际应用。
为了迎接这些挑战,刘向阳团队探索出了一条全新路径。介观是介于微观与纳观之间的一种体系,而丝素蛋白材料是具有介观结构的软物质材料。通过介观结构优化设计,可创造出了一新全新的蚕丝介观电子功能材料,实现丝素蛋白材料性能的革命性提升。
介观重构新概念点“丝”成“金”
        经过长期的研究,刘向阳团队开发的蚕丝智能传感与介观光、电元件,取得了突破性的进展,与同类有机生物元器件相比,其速度是有机生物材料的上百倍,耗电只是最好的同类有机生物电子器件的十分之一,开关比达到1000,重复性、稳定性都达到了同类产品的领先水平。
那么,该成果取得重要突破基于什么原理?有何奥秘?蚕丝作为一种天然生物材料,具有特殊的介观网络多级结构。蚕丝蛋白的折叠过程是由成核机制控制。使蚕丝蛋白具有特殊功能的“奥秘”在于,利用蚕丝蛋白的折叠过程,以纳米尺度大小粒子簇或大分子分子,作为纳米或成核模板,“镶嵌”在蚕丝丝素蛋白介观网络结构中,从而让蚕丝蛋白材料,具有前所未有的“超凡”的功能。这就是所谓的大分子介观重构与介观杂化的新概念。
        由于蚕丝的介观重构与介观杂化,使用蚕丝材料的介观材料结构、介观的光、电子结构,发生根本性的变化,从而使其具有原先所不具备的光、电,与传感功能。以此构建出了新概念的柔性光、电子元器件,如介观非线性光子和荧光元件。这些介观器件在物理和生物化学传感、介观忆阻器、晶体管、脑电极和能量产生/存储等领域在人体与医药方面应用成为可能。特别是蚕丝介观柔性光电子设备可实现与人体组织之间的直接连接,如神经元和大脑,使长期传感、采样、信息传输、计算、体内存储,甚至人工智能与人类智能的融合成为可能。因此,蚕丝在柔性电子、光学/光子学、生物医学/医疗等领域的重要性明显高于传统纺织行业,从这个角度看,“新丝绸之路”的征程才刚刚开始。
       论文信息:
        New Silk Road: From Mesoscopic Reconstruction/Functionalization to Flexible Meso-Electronics/Photonics Based on Cocoon Silk Materials
Chenyang Shi, Fan Hu, Ronghui Wu, Zijie Xu, Guangwei Shao, Rui Yu*, Xiang Yang Liu*  Advanced Materials  DOI: 10.1002/adma.202005910

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