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小贻貝何以具有抵禦風暴的“大能量”?石大徐泉研究員等的最新成果揭示其作用機理

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,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,而且後期的取出、更換等也是很折磨人的事情。如果能夠有一種可以自修複、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,針對贻貝開展研究,揭示了贻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。這一研究成果有望爲生物醫學的骨損傷修複提供新的思路。

贻貝是一種雙殼類軟體動物,生活在海濱岩石上,煮熟後食用或者加工成幹品有很高的營養價值和藥用價值。贻貝身長不足10厘米,卻能附著在堅硬的岩石表面,10級風暴也難以撼動它。

 

 

小小贻貝,爲什麽有這麽大的能量?其原因在于贻貝具有連續基質與次微米大小顆粒夾雜的複合結構角質層。

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”(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+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贻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,這種氧化過程産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複,從而進而實現原位的裂紋自修複。

 

贻貝足絲高韌性與自修複作用機理圖

 

這項發現爲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,並爲設計制備兼具高韌性和強自修複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複,還可以應用在油氣壓裂的岩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爲中國石油大學(北京),第一作者兼通訊作者爲中國石油大學(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爲共同第一作者,清華大學田煜教授和美國北德克薩斯州大學夏振海教授爲共同通訊作者。

論文鏈接:

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

 

 



編輯:劉志慶