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小貽貝何以具有抵御風暴的“大能量”?石大徐泉研究員等的最新成果揭示其作用機理

來源:新能源與材料學院 | 發布日期:2019-10-27 | 閱讀次數:

骨折是一件令人痛苦的事情,發生嚴重骨折在固定時還需要打鋼釘,這不但增加了傷者的痛苦,而且后期的取出、更換等也是很折磨人的事情。如果能夠有一種可以自修復、自愈合而且生物相容性好的的材料,可以直接對骨折傷口進行原位固定,那無疑是給骨折的傷者帶來了福音。

近日,中國石油大學(北京)新能源與材料學院徐泉研究員與中國人民解放軍總醫院、清華大學、美國北德克薩斯州大學的專家、學者合作,針對貽貝開展研究,揭示了貽貝足絲角質層內部左旋多巴胺與鐵離子動態敖合新機理及其角質層中鐵離子存在多種價態與梯度分布特性。這一研究成果有望為生物醫學的骨損傷修復提供新的思路。

貽貝?對,沒錯,就是這種一般人眼中餐桌上的“海鮮美食”!

 

 

貽貝是一種雙殼類軟體動物,生活在海濱巖石上,煮熟后食用或者加工成干品有很高的營養價值和藥用價值。貽貝身長不足10厘米,卻能附著在堅硬的巖石表面,10級風暴也難以撼動它。

 

 

小小貽貝,為什么有這么大的能量?其原因在于貽貝具有連續基質與次微米大小顆粒夾雜的復合結構角質層。

10月24日,徐泉等人的研究成果以“Metal Coordination-Mediated Functionally Grading and Self-Healing in Mussel Byssus Cuticle”(貽貝角質層中金屬配位價鍵梯度分布與貽貝足絲自愈合中的作用機理)為題在國際著名學術期刊《Advanced Science》(影響因子:15.804)上公開發表。該項研究首次證明,貽貝足絲角質層內的Fe3+Fe2+離子隨著角質層的深度存在梯度分布的現象。這種特性使得拉伸狀態下的貽貝足絲多了一層自我保護機制。拉伸中鐵離子接觸氧氣可以迅速氧化變硬抵抗拉伸形變,這種氧化過程產生的裂紋擴展副反應,卻可以通過左旋多巴胺和海水的協同作用得以恢復,從而進而實現原位的裂紋自修復。

 

貽貝足絲高韌性與自修復作用機理圖

 

這項發現為深入理解鐵離子與左旋多巴胺的動態敖合機制提供了新的證據與研究視角,并為設計制備兼具高韌性和強自修復能力的仿生足絲發展提供新的研究思路。該成果除了有望用于生物醫學的骨損傷修復,還可以應用在油氣壓裂的巖石裂縫監測與儲運管道裂紋自檢、海洋天然氣水合物開采等領域,比如可以通過該作用機理,設計制備具有可控粘附與高強度特性的靶向覆膜支撐劑,隨著壓裂液大幅進入地底下,提高壓裂效率。

此項研究成果第一完成單位為中國石油大學(北京),第一作者兼通訊作者為中國石油大學(北京)新能源與材料學院徐泉研究員,中國人民解放軍總醫院許猛副主任醫師為共同第一作者,清華大學田煜教授和美國北德克薩斯州大學夏振海教授為共同通訊作者。

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編輯:劉志慶