生物模擬範例簡介

Examples on Biomimic

台大生機系方煒

 

向動物學習:

 

1.          蛇毒提煉的蛋白質中的一段肽,可穿刺各種細菌的細胞膜,殺死細菌,比任何抗生素都有效。

2.          由蛇毒製造降血壓藥物。

3.          蛇透過紅外線辨識。

4.          動作緩慢的雞心螺分泌液具快速致死效果,原因之一是分子小,為蛇毒分子的1/5,容易在被刺傷的魚體血液內循環全身。其次為高效率,不同成分各有所司,可攻擊特定的神經系統。其中一項成份可攻擊痛感神經,對其他神經無影響,可用來製造止痛藥劑。

5.          學習海中游速快的魚類體型如海豚、鮪魚等,製造潛水艇。

6.          模仿海豚皮膚的溝槽結構,把人工海豚皮包敷在船艦外殼上,可減少航行湍流,提高航速。德國飛機設計師模仿鯊魚皮的平行溝槽製造具粗糙表皮的飛機,可比同型具光滑外殼的飛機飛的更快,更遠也省油達8%。

6.          用鰭翼飛得快

7.          向蜂鳥、蜻蜓學習飛行,正飛,逆飛,原地停留,直上,直下。

8.          蜻蜓心臟浸在液體中,可承受30G重力,為新一代抗重力衣的設計靈感。

9.          向蝙蝠學習超音波辨識。

10.      白頭翁與蜜蜂透過紫外線辨識。

11.      蜂膠殺菌

12.      蜘蛛絲強韌,製造防彈衣,纜線。

13.      蝦蟹殼提煉甲殼素(幾丁質),後者為帶正電的多醣類高分子,是一種具有抗菌效果的天然物質。細菌的細胞膜帶負電,兩者相吸,甲殼素可穿刺細菌的細胞膜,殺死細菌。增強免疫力。

14.      甲殼素與人體皮膚親和性佳,製成的透明薄膜可做各種創傷敷材,如人工皮膚,亦可做手術縫線,使用後不需拆線,可被人體吸收。

15.      甲殼素具濃縮功能,可將帶負電物質聚集。譬若,可用於藻類收穫之濃縮添加劑,縮短製程,降低生產成本。可將大吃大喝後的多餘油脂濃縮,方便排出人體。

n          幾丁質chitin 昆蟲角質表皮和真菌細胞壁的主要成分,一種長鏈狀分子(N-乙醯-D-胺基葡萄糖組成的線狀同多醣)當鏈狀分子彼此交聯時形成一質輕而堅的物質。

n          幾丁聚醣:由幾丁質提煉而來。抗菌、抗輻射,有吸附金屬的特性。某種特定分子的幾丁聚醣尚有抗癌效果。

16.      由花粉、蜂蜜、高糖分蜜餞中篩選出丁四醇的生產菌。丁四醇為0卡路里,是繼人工代糖阿斯巴甜(正面包裝圖)後的新一代品。阿斯巴甜代糖吃多了有致癌的危險(詳見反面包裝圖中的紅色警告字樣)(在台灣銷售的代糖並無警告字樣)

17.      新一代冷光源的研製係仿效生物發光現象,模擬這種發光效率極高而產熱量極少的螢光現象。

18.      由豬皮、牛皮、魚皮提煉膠原蛋白(collagen),用於美容、製藥等。

19.      建築上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建築

20.      建築上模仿股骨結構建造的立柱,既消除應力特別集中的區域,又可用最少的建材承受最大的載荷。

21.      指紋:有助於抓牢物體

21.      血管:單行道。
血管分支:由一分為二,血管直徑變化為1:(0.5)的三次方根,可使流體能量消耗最小。
血液中攜帶血小板,白紅血球的比例為44%。已知液體中藥輸送最大量的固體,固體的最佳比例為43.3%。

22.      血液在體內的輸送:交通網路規劃。 血液要經過陸萬哩才能回到心臟,可見速度之快遠遠超過我們現今的運輸系統,這種網路系統值得我們的交通專家們參照,以中央幹到為主的系統,在中央幹到中的運輸速度極快,方便血液傳輸到各個身體組織中,而分支的微血管則以回路的方式與中央幹道接軌,我們現今的高速公路就有些這樣的設計,依照我的淺見,我認為問題出在下交流道與上交流道的接軌過程,閘道儀控固然好但是還是不免回堵在市區或省道,我看到了血液的交界口主靜脈的血液會集中到中央方便周圍的血液進入,又不影響速度不失為一個不錯的辦法。(by:王康林B92611005)

23.      胃/小腸的分工:前者分解各種食物以利後者吸收,可作為萬用引擎的研發理念。

24.      體內發炎反應:SARS防疫及治療的機制 (by:黃琦芳B92B01019 )

  • 病原體入侵,肥大細胞釋出發炎物質:冠狀病毒從境外移入,檢疫確定後編制組織、發布新聞公告、發送公文至醫療單位。
  • 血管擴張且通透性增加,吞噬細胞、血纖維蛋白、補體等血漿蛋白移向受傷部位:醫療群組、疾病管制專家、病毒學者、政令執行者、生藥單位等官產學的資源結合。
  • 形成血凝塊隔離此區,吞噬、攻擊病原體,並吸引更多的吞噬細胞移至受傷部位:強制控管隔離病患、指派醫療團隊、提高社會大眾的公衛觀念、並有效執行法規。
  • 組織修復,膿的形成:解除SARS警報、獎懲人員、致力於恢復經濟。

25.      '魚印'魚與章魚的吸盤:真空起重機

26.      為什麼心臟需要兩個心房,兩個心室:由流體機械來看,有什麼優點?

 

向植物學習:

 

1.          植物是唯一能把能量轉化成質量的生物。光合作用與人工葉綠體的研究在全球均頗為熱門。

2.          茶葉中兒茶素 (茶多元)具抗氧化,降低血中膽固醇,抑制血糖上升,去除口臭,降低排泄物臭味。化妝品添加兒茶素幫助皮膚抗氧化。

3.          大豆的異黃酮結構類似女性荷爾蒙,適用於女性更年期障礙治療熱潮紅症狀。含量只整個大豆0.2%,大部分存在於胚軸中。將胚軸分離後,純度與收率可大幅提高。之後,仍需將內含的配醣體去除,因為後者不利人體吸收。不帶有醣基的異黃酮讓人體較容易吸收,尚有幫助抗癌,預防骨質疏鬆,降低膽固醇,減少心血管疾病等功效。

n          膽固醇:cholesterol動物中含量最大的類固醇。它是質膜的主要成分,也是膽汁鹽、促腎上腺皮質激素和性激素的前身。在飲食中包含在蛋黃、肉類(特別是內臟)和一些貝類的成分內被攝取;在血液中輸運,在肝、胃腸道及其他組織中合成。它是粥樣硬化的原因之

4.          紅辣椒絞碎混入油漆中,漆於船底與漁網,防止藤壺的附生。

n          藤壺:海洋甲殼動物,以底部固著於硬地層或其他生物體上。軀體藏於由石灰板組成的甲殼內。利用變形的胸肢(蔓足cirri)濾食水中顆粒。約有1000種,分布從潮間帶直至深海。有的寄生於蟹屬蔓足亞綱(Cirripedia)

5.          藤壺所分泌的蛋白(含24種氨基酸與氨基糖)已被應用於外科手術接合劑。此種接合劑在工業上也有很大用途,在0-205度C範圍內,除了銅與水銀無法接何外,其他幾乎全部可以接合,而且不需清潔即乾燥的表面。

6.          海綿與軟珊瑚約二次代謝產物已被發現有抗腫瘤等生理活性。

7.          抗癌藥紫杉醇 (Taxol)是紫杉樹皮的二次代謝產物,也可在紅豆杉的枝葉中找到。

8.          中藥材抗菌濾網

9.          海藻中的活性物質、多醣類、藻膠的萃取與應用,藻膽色素及藻膽蛋白的開發與應用等, 各國也在積極進行中。如國內產業界已成功開發出藻膽色素及藻膽蛋白,取代人工合成色素, 用於翠綠鮮紅涼麵、口香糖、藻醬油等的食品添加劑,口紅、眼影等的化妝品添加物, 以及做免疫分析的藥品添加劑等。

10.      植物葉脈:平面上輸送系統。

10.      植物葉片排列:建築結構受光面之最大化。

  

 

 

 

珊瑚礁與熱帶雨林等多樣化的生態系,提供了豐富的生物資源讓我們利用。台灣南北有珊瑚礁,西岸有紅樹林,東岸有遠洋漁業,島上的林相分佈從熱帶到寒帶都有,生物科技在農業上的應用生態環境多樣性是一流的。環保不只是保護環境,更有保護將來生物產業資源的積極意義,而這些生物產業資源的開發與合理應用正考驗著我們的智慧。(陳力騏,2001)

 

參考文獻

 

1.        太田次郎著,張麗瓊譯。1998。生物的超能力。大樹出版社。

2.        珍妮班娜斯著張明菲譯1998。人類的出路:探尋生物模擬的奧妙。胡桃木出版社。

3.        蕭凡編著2000。仿生趣談。現代科學技術叢書,第四輯。凡異出版社

4.        王義炯著2000。大自然的創意大師。科普新知 1。豐閣出版社

5.        陳力騏。2001。生物產業自動化與生態思維。「生物科技在農業上的應用」研討會。

 

 

 

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