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小贻贝何以具有抵御风暴的“大能量”?石大徐泉研究员等的最新成果揭示其作用机理

来源:新能源与材料学院 | 发布日期:2019-10-27 | 阅读次数:

骨折是一件令人痛苦的事情,发生严重骨折在固定时还需要打钢钉,这不但增加了伤者的痛苦,而且后期的取出、更换等也是很折磨人的事情。如果能够有一种可以自修复、自愈合而且生物相容性好的的材料,可以直接对骨折伤口进行原位固定,那无疑是给骨折的伤者带来了福音。

近日,中国石油大学(北京)新能源与材料学院徐泉研究员与中国人民解放军总医院、清华大学、美国北德克萨斯州大学的专家、学者合作,针对贻贝开展研究,揭示了贻贝足丝角质层内部左旋多巴胺与铁离子动态敖合新机理及其角质层中铁离子存在多种价态与梯度分布特性。这一研究成果有望为生物医学的骨损伤修复提供新的思路。

贻贝?对,没错,就是这种一般人眼中餐桌上的“海鲜美食”!

 

 

贻贝是一种双壳类软体动物,生活在海滨岩石上,煮熟后食用或者加工成干品有很高的营养价值和药用价值。贻贝身长不足10厘米,却能附着在坚硬的岩石表面,10级风暴也难以撼动它。

 

 

小小贻贝,为什么有这么大的能量?其原因在于贻贝具有连续基质与次微米大小颗粒夹杂的复合结构角质层。

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”(贻贝角质层中金属配位价键梯度分布与贻贝足丝自愈合中的作用机理)为题在国际著名学术期刊《Advanced Science》(影响因子:15.804)上公开发表。该项研究首次证明,贻贝足丝角质层内的Fe3+Fe2+离子随着角质层的深度存在梯度分布的现象。这种特性使得拉伸状态下的贻贝足丝多了一层自我保护机制。拉伸中铁离子接触氧气可以迅速氧化变硬抵抗拉伸形变,这种氧化过程产生的裂纹扩展副反应,却可以通过左旋多巴胺和海水的协同作用得以恢复,从而进而实现原位的裂纹自修复。

 

贻贝足丝高韧性与自修复作用机理图

 

这项发现为深入理解铁离子与左旋多巴胺的动态敖合机制提供了新的证据与研究视角,并为设计制备兼具高韧性和强自修复能力的仿生足丝发展提供新的研究思路。该成果除了有望用于生物医学的骨损伤修复,还可以应用在油气压裂的岩石裂缝监测与储运管道裂纹自检、海洋天然气水合物开采等领域,比如可以通过该作用机理,设计制备具有可控粘附与高强度特性的靶向覆膜支撑剂,随着压裂液大幅进入地底下,提高压裂效率。

此项研究成果第一完成单位为中国石油大学(北京),第一作者兼通讯作者为中国石油大学(北京)新能源与材料学院徐泉研究员,中国人民解放军总医院许猛副主任医师为共同第一作者,清华大学田煜教授和美国北德克萨斯州大学夏振海教授为共同通讯作者。

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902043

 

 



编辑:刘志庆
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