美研究人员基于鱼嘴结构开发高效过滤器

美研究人员基于鱼嘴结构开发高效过滤器

发布时间:2016-4-11
  一个美国科研团队29日报告说,他们基于滤食性鱼类嘴部结构的过滤机制设计了一个高效过滤器模型,能有效避免堵塞问题,未来有望应用在工业生产中提高生产效率。

  传统过滤器通常是利用滤网将颗粒物从液体中分离出来,滤网需要经常更换和清理,否则很容易发生堵塞。

  相比而言鱼类的口腔过滤能力更强。滤食性鱼类,例如金鱼、匙吻鲟、姥鲨和鲸鲨,都能在滤食时保留食物颗粒,同时避免口腔过滤器被杂物堵塞。

  美国威廉-玛丽学院的研究团队在最新一期英国《自然·通讯》网络版报告说,基于匙吻鲟和姥鲨口腔中被称为“鳃弓”的结构,他们设计了一个3D打印的锥形尼龙塑料过滤器模型。他们将模型放入一个水流池中观察过滤效果,并将其与匙吻鲟口腔结构的过滤机制进行对比。

  结果发现,无论是模型还是鱼的口腔,都是通过在液体中产生涡旋来捕获颗粒物,并防止堵塞。鳃弓是硬骨或软骨弯曲形成的锥形结构,用于支撑鳃,其中的骨头像老式暖气片一样平行排列。

  研究人员解释说,锥形结构有助于鱼口腔中的水流动,形成水流和涡旋,而平行排列的骨头有助于小颗粒物聚集,两者结合作用形成“涡旋跨步过滤”机制,可使比骨头之间缝隙还小的颗粒也能被拦截下来。

  报告作者之一、威廉-玛丽学院学者劳丽·桑德森说,这种过滤机制未来应用非常广泛,从过滤只有细胞大小颗粒的微型过滤器,到大型工业管道中的过滤器,都能高效发挥作用。

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