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美國科研團隊受魚嘴啟發(fā)研制高效過濾器

發(fā)布時間:2016-03-30 點擊數(shù):3194

      一個美國科研團隊29日報告說,他們基于濾食性魚類嘴部結(jié)構(gòu)的過濾機制設(shè)計了一個高效過濾器模型,能有效避免堵塞問題,未來有望應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率。

      傳統(tǒng)過濾器通常是利用濾網(wǎng)將顆粒物從液體中分離出來,濾網(wǎng)需要經(jīng)常更換和清理,否則很容易發(fā)生堵塞。

      相比而言魚類的口腔過濾能力更強。濾食性魚類,例如金魚、匙吻鱘、姥鯊和鯨鯊,都能在濾食時保留食物顆粒,同時避免口腔過濾器被雜物堵塞。

      美國威廉-瑪麗學(xué)院的研究團隊在最新一期英國《自然·通訊》網(wǎng)絡(luò)版報告說,基于匙吻鱘和姥鯊口腔中被稱為“鰓弓”的結(jié)構(gòu),他們設(shè)計了一個3D打印的錐形尼龍塑料過濾器模型。他們將模型放入一個水流池中觀察過濾效果,并將其與匙吻鱘口腔結(jié)構(gòu)的過濾機制進行對比。

      結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是模型還是魚的口腔,都是通過在液體中產(chǎn)生渦旋來捕獲顆粒物,并防止堵塞。鰓弓是硬骨或軟骨彎曲形成的錐形結(jié)構(gòu),用于支撐鰓,其中的骨頭像老式暖氣片一樣平行排列。

      研究人員解釋說,錐形結(jié)構(gòu)有助于魚口腔中的水流動,形成水流和渦旋,而平行排列的骨頭有助于小顆粒物聚集,兩者結(jié)合作用形成“渦旋跨步過濾”機制,可使比骨頭之間縫隙還小的顆粒也能被攔截下來。

      報告作者之一、威廉-瑪麗學(xué)院學(xué)者勞麗·桑德森說,這種過濾機制未來應(yīng)用非常廣泛,從過濾只有細胞大小顆粒的微型過濾器,到大型工業(yè)管道中的過濾器,都能高效發(fā)揮作用。

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