浙大实验室诞生"仿生骨"性能逼近天然骨骼

2011-03-04

2月28日电，浙江大学化学系唐睿康课题组日前运用仿生学的方法制备了一种新型有机-无机复合弹性晶体材料，其物理和化学性能都逼近天然骨骼。晶体中无机单元的厚度几乎达到了生物材料中同类晶体的最小尺度，基本实现了在纳米尺度上类骨结构的仿生制备。这一仿生骨相关成果发表在国际材料学顶尖刊物《Advanced Materials》上。

骨骼之所以能成为理想的生物体支架，是因为它同时具备了硬度和弹性。从电子显微镜下观察，骨骼有一套非常精巧的结构：一束束的有机胶原蛋白基质中“镶嵌” 着一层层无机羟基磷灰石(HAP)晶体，这种多层复合的结构让骨骼的硬度和抗弯能力兼备。骨骼中的HAP晶体是已知生物材料中最薄的晶体，厚度仅为1.5 到2纳米左右。对科学家来说，如果要造出仿生骨，最大的挑战就是能否在如此微小的尺度下模拟出这种有机-无机复合结构。

据了解，唐睿康课题组成员在表面活性剂修饰的蛋白质溶液中先后加入钙离子和磷酸盐，形成了白色的悬浊液。把这些悬浊物在电子显微镜下观察，它们具有纳米晶体特征，但又不同于传统晶体，是由30层左右的蛋白质和HAP有序复合而成。“如果把这些材料比作一栋房子，有机层就是钢筋骨架，HAP则是砖瓦。”唐睿康对实验结果非常满意，其中每个磷酸钙层构成了完整的HAP晶体薄片且厚度仅为2纳米，达到了生物界最小晶体的尺度，而有机层厚度也仅为1纳米，它们将相邻无机层进行紧密连接并保持一定的取向。

实验人员接着用纳米探针技术检测获得的纳米材料的力学特性。在外力冲击下，该仿生骨能够在保持晶体结构完整性的前提下发生一定程度的弯曲，而当外力消失，又像橡皮一样回复了原状，未见任何损伤。据测算，这种由HAP为主构建新材料的弹性远远高传统HAP，达到甚至超过了普通生物骨的弹性。“因此我们可以称它为一种弹性晶体。”唐睿康介绍，目前实验室还能通过改变“仿生骨”的成分调节晶体的形状和尺寸。

浙大实验室诞生"仿生骨"性能逼近天然骨骼

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