Science：實(shí)驗(yàn)室“速成”珍珠母，有望變身人工骨骼

2016年10月13日訊 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏教授課題組首次通過(guò)模擬天然珍珠母生長(zhǎng)過(guò)程制備了人工仿生結(jié)構(gòu)材料，具有與天然珍珠母高度相似的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)等特征，并兼具很好的強(qiáng)度及韌性。該成果刊發(fā)在日前出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上。

貝殼內(nèi)層的珍珠母具有獨(dú)特而復(fù)雜的微觀層狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使珍珠母在宏觀上同時(shí)具備超常的硬度和韌性，這兩者在許多人工合成材料中無(wú)法兼得。

俞書(shū)宏團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)取向凍結(jié)和乙酰化轉(zhuǎn)化的方法，用與天然貝殼中完全相同的有機(jī)材質(zhì)搭建出類(lèi)似的層狀“框架”，并置入人工“腔體”中。不同于自然界中貝類(lèi)花費(fèi)數(shù)年時(shí)間不斷分泌該有機(jī)物質(zhì)并使碳酸鈣在其框架上礦化，俞書(shū)宏團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)“循環(huán)系統(tǒng)”，即通過(guò)一臺(tái)作用類(lèi)似人體心臟的蠕動(dòng)泵，不斷向腔體內(nèi)的框架里泵入飽和碳酸氫鈣溶液，同時(shí)帶出反應(yīng)后的殘余廢料，在兩周內(nèi)就能“復(fù)制”珍珠母長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的自然形成過(guò)程，速度超其百倍。電子顯微鏡等多種檢測(cè)手段表明，這種通過(guò)與自然策略高度近似的材料生長(zhǎng)方法制備的人工材料，在成分和微觀結(jié)構(gòu)上均與天然珍珠母高度近似，在多個(gè)尺度上再現(xiàn)了天然珍珠母的微觀等級(jí)結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，而宏觀上也展現(xiàn)出很好的強(qiáng)度和韌性。

俞書(shū)宏教授介紹，人類(lèi)的骨骼和牙齒發(fā)育過(guò)程與珍珠母形成過(guò)程異曲同工，差別在于礦化的主要成分是羥基磷酸鈣而非碳酸鈣。運(yùn)用類(lèi)似的策略合成人工骨骼或牙齒，有望高度重現(xiàn)人體骨骼的強(qiáng)度和韌性，并因成分高度近似，可有效避免材料植入人體的排異反應(yīng)，也免去了以前金屬構(gòu)件放入人體還要取出的痛苦。

珍珠母簡(jiǎn)介

為蚌科動(dòng)物三角帆蚌Hyriopsis cumingii（Lea）、褶紋冠蚌Cristaria plicata（Leach）或珍珠貝科動(dòng)物馬氏珍珠貝Pteria martensii（Dunker）的貝殼。前兩種在全國(guó)的江河湖沼中均產(chǎn)；后一種主產(chǎn)于海南島、廣東、廣西沿海。全年可采，去肉，洗凈，干燥。生用或煅用。用時(shí)打碎。功效：平肝潛陽(yáng)，清肝明目，鎮(zhèn)驚安神。

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