航空宇航生命保障材料与结构
航空宇航领域生命保障材料与结构
航空宇航生命保障系统是未来人类从事的深空探测、太空旅行、空间站实验、低空极端飞行等一切活动的关键。通过设计和开发多功能、一体化新型材料和结构（抗冲击、防火、防静电、防辐射、抗干扰、保温、透气），为从事航空宇航活动人员提供安全、可靠、舒适的工作和生活环境而努力。
针对神舟系列飞船返回舱的需求，成功研发了“闭孔泡沫铝”及“梯度孔结构闭孔泡沫铝” 轻质吸能器（SZ-5号到SZ-9号的进步）。在国际上首次提出了孔结构梯度精确控制理论及制备工艺，建立完善了冲击条件下材料力学性能刻画的理论和计算模型，提出了梯度孔结构的优化设计方法。
含液饱和生物多孔材料方向瞄准我国航空宇航生命保障的重大需求和国际科技前沿，集中于研究含液饱和生物多孔材料在生物医学工程及医疗检测中的应用。围绕一些焦点科学问题，重点进行水凝胶材料和纸基多孔材料的物质传输和热、力学性能研究，在基于含液饱和生物多孔材料方向的即时诊断和组织工程领域积累了丰富的研究经验，致力于生物力学和生物材料相关研究，通过理论、实验和数值相结合，以含液饱和生物多孔材料为载体，研究和解释生物系统中的化学、热学和力学耦合现象，旨在从生物力学、生物传热学、生物医学工程等理论体系出发，着力于为航空宇航生命保障系统提供建设性、基础性解决策略，并通过理学、工学、生物学和医学等学科的紧密交叉合作，运用哲学、自然科学和工程技术的原理和方法，从多角度、多层次研究生命体内的多孔结构及其功能和相互关系，瞄准具有挑战性的前沿科学问题，创造出能解释这些问题的有效工具，为航空宇航和健康事业做出新的贡献。
纸基多孔材料具有良好的液体侧流性质，在即时诊断领域具有广阔的应用前景。围绕纸基多孔材料，开展了即时诊断技术和平台的研发，采用数值模拟和实验平台（侧流试纸、纸基电化学传感器、纸基微流控技术和纳米科学等）相结合的方法，针对航空宇航成员体液检测和空间环境食品安全快速检测过程中所涉及的样品预处理、目标检测物的分离和捕获及信号采集、转换和分析中面临的重大科学技术问题，开发出一系列涵盖定性、半定量和定量检测的产品原型，并揭示其理论规律。
致力于生物活性支架材料水凝胶的开发和航空宇航生物医学应用。水凝胶材料因其多孔结构带来的良好扩散性能以及优越的生物兼容性，可模拟体内细胞生长发育的基质。结合新型水凝胶材料和先进微纳生物制造技术，构建和调控细胞生长分化的三维微环境，发展细胞三维微环境表征技术，建立细胞-水凝胶相互作用理论模型。在水凝胶力学性能研究的基础上，探索力学、电学和热学等微环境因子对细胞行为的调控规律和作用机理。基于水凝胶4D生物打印技术，可用于构建功能性工程化组织再生细胞支架、心肌和神经组织，为体内组织再生以及体外病理机理和药物筛选研究提供理论参考和解决方案。
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