浙江大學(xué)化學(xué)系唐？嫡n題組日前運用仿生學(xué)的方法制備了一種新型有機-無機復(fù)合彈性晶體材料，其物理和化學(xué)性能都逼近天然骨骼。晶體中無機單元的厚度幾乎達到了生物材料中同類晶體的最小尺度，基本實現(xiàn)了在納米尺度上類骨結(jié)構(gòu)的仿生制備。相關(guān)成果發(fā)表在材料學(xué)頂尖刊物《Advanced Materials》上。
眾所周知，骨骼之所以能成為理想的生物體支架，是因為它同時具備了硬度和彈性。從電子顯微鏡下觀察，骨骼有一套非常精巧的結(jié)構(gòu)：一束束的有機膠原蛋白基質(zhì)中“鑲嵌”著一層層無機羥基磷灰石（HAP）晶體，這種多層復(fù)合的結(jié)構(gòu)讓骨骼的硬度和抗彎能力兼?zhèn)。骨骼中的HAP晶體是已知生物材料中最薄的晶體，厚度僅為1.5到2納米左右。對科學(xué)家來說，如果要造出仿生骨，最大的挑戰(zhàn)就是能否在如此微小的尺度下能夠模擬出這種有機-無機復(fù)合結(jié)構(gòu) 。
唐？嫡n題組的研究又向目標(biāo)逼近了一步。課題組成員在表面活性劑修飾的蛋白質(zhì)溶液中先后加入鈣離子和磷酸鹽，就能形成了白色的懸濁液。把這些懸濁物在電子顯微鏡下觀察，它們具有納米晶體特征，但又不同于傳統(tǒng)晶體，是由30層左右的蛋白質(zhì)和HAP有序復(fù)合而成，“如果把這些材料比作一棟房子，有機層就是鋼筋骨架，HAP則是磚瓦。”唐？祵嶒灲Y(jié)果非常滿意，其中每個磷酸鈣層構(gòu)成了完整的HAP晶體薄片且厚度僅為2納米，達到了生物界最小晶體的尺度，而有機層厚度也僅為1納米，它們將相鄰無機層進行緊密連接并保持一定的取向。
實驗人員接著用納米探針技術(shù)檢測獲得的納米材料的力學(xué)特性。在外力沖擊下，該仿生骨能夠在保持晶體結(jié)構(gòu)完整性的前提下發(fā)生一定程度的彎曲，而當(dāng)外力消失，又像橡皮一樣回復(fù)了原狀，未見任何損傷。據(jù)測算，這種由HAP為主構(gòu)建新材料的彈性遠遠高傳統(tǒng)HAP，達到甚至超過了普通生物骨的彈性。“因此我們可以稱它為一種彈性晶體！碧祁？到榻B，目前實驗室還能通過改變“仿生骨”的成分調(diào)節(jié)晶體的形狀和尺寸。
（圖片說明：通過仿生礦化自組裝形成有機-無機超晶體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)：在外力作用下，晶體能夠發(fā)生彈性形變。）
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