生物微纳锯齿针的超级刺切机理研究

大自然创造了许多具有神奇功能的生物微纳锯齿,蚊子组合口针下颚上精致的微纳锯齿针（锯齿尺度在微米量级、齿尖尺度在纳米量级）就是最典型的一例。蚊子可以通过控制口针振动轻易刺入皮肤深层( 刺入力只有微牛量级)，且似乎从未遇到过强度和失稳问题。本项目以蚊子口针下颚的微纳锯齿针为研究对象，研究生物微纳锯齿针在微振刺入和切割联合作用时超级省力的力学原理与相关科学问题，重点研究在微纳尺度上生物微纳锯齿的刺切原理，特别是典型粘弹性生物材料- - 皮肤在微纳锯齿微振作用下的刺切机理以及振动频率、振幅、锯齿形状与尺寸等参数对刺切力的影响。通过观察蚊子口针生物微纳锯齿针的工作过程，建立生物微纳锯齿针的振动刺切力学模型，揭示生物微纳锯齿针微振刺入和切割联合作用时超级省力的力学原理及其多学科耦合机制。结合生物医学领域和MEMS领域遇到的一些相关技术问题，为相关仿生设计与制造技术提供科学理论基础。

大自然创造了许多具有神奇功能的生物微纳锯齿,本项目以蚊子口针下颚的微纳锯齿针为研究对象，研究生物微纳锯齿针在微振刺入和切割联合作用时超级省力的力学原理与相关科学问题，重点研究研究了在微纳尺度上生物微纳锯齿的刺切原理，特别是典型粘弹性生物材料- - 皮肤在微纳锯齿微振作用下的刺切机理以及振动频率、振幅、锯齿形状与尺寸等参数对刺切力的影响。本项目首次测量了蚊子口针刺入人体皮肤的刺入力，发现蚊子口针的刺入力比目前世界上最精致的人造微针刺入力小3个数量级以上。 通过观察蚊子口针生物微纳锯齿针的工作过程，建立生物微纳锯齿针的振动刺切力学模型，揭示生物微纳锯齿针微振刺入和切割联合作用时超级省力的力学原理及其多学科耦合机制。根据蚊子口针的超级省力刺入原理设计和发明了一种振动切割手术刀。在该项目的支持下已经累计发表了相关学术论文36篇，其中被SCI收录18篇，EI 收录8篇，国内学术会议特邀报告1次，国际学术会议特邀报告1次。获得发明专利4项。有1名硕士研究生获得辽宁省优秀硕士论文，1名博士研究生获得辽宁省优秀博士论文、并获得全国百优博士论文提名奖。主要研究成果曾被科学时报和辽宁日报分别专题报道。