超级军网我国科学家研制出纳米“仿生骨”
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 10:49:44
新华网杭州３月２４日电（记者 余靖静）浙江大学化学系教授唐睿康课题组近日研制出了一种新型材料，它的强度、韧度都接近天然骨骼，实现了在纳米尺度上类骨结构的仿生制备。相关成果发表在材料学顶尖刊物《Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ》上。
据介绍，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兼具硬度和抗弯能力。
“骨骼中的ＨＡＰ晶体是目前已知生物材料中最薄的晶体，厚度仅为１至２纳米左右，无法通过常规实验获得。”唐睿康介绍说，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。
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。有机层仿佛房子的钢筋骨架，而ＨＡＰ就如砖瓦。
唐睿康说，实验结果显示，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，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为主构建的新材料，其弹性远远高于传统ＨＡＰ，达到甚至超过了普通生物骨的弹性。“我们可以称它为一种弹性晶体。”唐睿康说。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。
据了解，国内外目前有不少科研机构在进行“仿生骨”材料的研究，一旦能够投入应用，或将有助于治疗骨伤。唐睿康表示，课题组研究结果有助于“仿生骨”达到更小尺度的结构复合，其生物活性还有待验证。
新华网杭州３月２４日电（记者 余靖静）浙江大学化学系教授唐睿康课题组近日研制出了一种新型材料，它的强度、韧度都接近天然骨骼，实现了在纳米尺度上类骨结构的仿生制备。相关成果发表在材料学顶尖刊物《Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ》上。
据介绍，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兼具硬度和抗弯能力。
“骨骼中的ＨＡＰ晶体是目前已知生物材料中最薄的晶体，厚度仅为１至２纳米左右，无法通过常规实验获得。”唐睿康介绍说，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。
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。有机层仿佛房子的钢筋骨架，而ＨＡＰ就如砖瓦。
唐睿康说，实验结果显示，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，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为主构建的新材料，其弹性远远高于传统ＨＡＰ，达到甚至超过了普通生物骨的弹性。“我们可以称它为一种弹性晶体。”唐睿康说。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。
据了解，国内外目前有不少科研机构在进行“仿生骨”材料的研究，一旦能够投入应用，或将有助于治疗骨伤。唐睿康表示，课题组研究结果有助于“仿生骨”达到更小尺度的结构复合，其生物活性还有待验证。