实验室“速成”珍珠母有望变身人工骨骼

　　中国科学技术大学俞书宏教授课题组首次通过模拟天然珍珠母生长过程制备了人工仿生结构材料,具有与天然珍珠母高度相似的化学成分、微观结构等特征,并兼具很好的强度及韧性。该成果刊发在日前出版的美国《科学》杂志上。

　　贝壳内层的珍珠母具有独特而复杂的微观层状结构,这种结构使珍珠母在宏观上同时具备超常的硬度和韧性,这两者在许多人工合成材料中无法兼得。

　　俞书宏团队首先通过取向冻结和乙酰化转化的方法,用与天然贝壳中完全相同的有机材质搭建出类似的层状“框架”,并置入人工“腔体”中。不同于自然界中贝类花费数年时间不断分泌该有机物质并使碳酸钙在其框架上矿化,俞书宏团队设计了一个“循环系统”,即通过一台作用类似人体心脏的蠕动泵,不断向腔体内的框架里泵入饱和碳酸氢钙溶液,同时带出反应后的残余废料,在两周内就能“复制”珍珠母长达数年的自然形成过程,速度超其百倍。电子显微镜等多种检测手段表明,这种通过与自然策略高度近似的材料生长方法制备的人工材料,在成分和微观结构上均与天然珍珠母高度近似,在多个尺度上再现了天然珍珠母的微观等级结构和力学特性,而宏观上也展现出很好的强度和韧性。

　　俞书宏教授介绍,人类的骨骼和牙齿发育过程与珍珠母形成过程异曲同工,差别在于矿化的主要成分是羟基磷酸钙而非碳酸钙。运用类似的策略合成人工骨骼或牙齿,有望高度重现人体骨骼的强度和韧性,并因成分高度近似,可有效避免材料植入人体的排异反应,也免去了以前金属构件放入人体还要取出的痛苦。