浙江大學化學系唐睿康課題組運用仿生學的方法製備了一種新型有機-無機複合彈性晶體材料，其物理和化學性能都逼近天然骨骼。
基本介紹
- 中文名：仿生骨
- 研究組：浙江大學化學系唐睿康課題
- 運用原理：仿生學
- 材料：型有機-無機複合彈性晶體材料
簡介,結構,力學特性,
簡介
浙江大學化學系唐睿康課題組運用仿生學的方法製備了一種新型有機-無機複合彈性晶體材料，其物理和化學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，基本實現了在納米尺度上類骨結構的仿生製備。這一仿生骨相關成果發表在國際材料學頂尖刊物《AdvancedMaterials》上。
結構
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構：一束束的有機膠原蛋白基質中“鑲嵌”著一層層無機羥基磷灰石(HAP)晶體，這種多層複合的結構讓骨骼的硬度和抗彎能力兼備。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。對科學家來說，如果要造出仿生骨，最大的挑戰就是能否在如此微小的尺度下模擬出這種有機-無機複合結構。
唐睿康課題組成員在表面活性劑修飾的蛋白質溶液中先後加入鈣離子和磷酸鹽，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徵，但又不同於傳統晶體，是由30層左右的蛋白質和HAP有序複合而成。“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。”唐睿康對實驗結果非常滿意，其中每個磷酸鈣層構成了完整的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線並保持一定的取向。
力學特性
實驗人員用納米探針技術檢測獲得的納米材料的力學特性。在外力衝擊下，該仿生骨能夠在保持晶體結構完整性的前提下發生一定程度的彎曲，而當外力消失，又像橡皮一樣回復了原狀，未見任何損傷。據測算，這種由HAP為主構建新材料的彈性遠遠高傳統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。”唐睿康介紹，目前實驗室還能通過改變“仿生骨”的成分調節晶體的形狀和尺寸。
