中國科學家研制出納米“仿生骨”

文章來源:[db:出處] 時間:2011-03-27 00:00:00

中國科學家研制出納米“仿生骨”
2011年03月27日 08:58:49  來源: 新華網 【字號 收藏打印關閉

  新華網杭州3月27日電(記者余靖靜)浙江大學化學系教授唐睿康課題組近日研制出一種新型材料,它的強度、韌度都接近天然骨骼,實現了在納米尺度上類骨結構的仿生制備。相關成果發表在材料學頂尖刊物《Advanced Materials》上。

  據介紹,骨骼之所以能成為理想的生物體支架,是因為它同時具備了硬度和彈性。從電子顯微鏡下觀察,骨骼有一套非常精巧的結構——一束束的有機膠原蛋白基質中“鑲嵌”著一層層無機羥基磷灰石(HAP)晶體,這種多層復合的結構讓骨骼兼具硬度和抗彎能力。

  “骨骼中的HAP晶體是目前已知生物材料中最薄的晶體,厚度僅為1至2納米左右,無法通過常規實驗獲得。”唐睿康介紹說,要造出仿生骨,最大的挑戰就是能否在如此微小的尺度下模擬出這種有機—無機復合結構。

  課題組成員在表面活性劑修飾的蛋白質溶液中先后加入鈣離子和磷酸鹽,形成了白色的懸濁液。把這些懸濁物在電子顯微鏡下觀察,它們具有納米晶體特征,但又不同于傳統晶體,是由30層左右的蛋白質和HAP有序復合而成。有機層仿佛房子的鋼筋骨架,而HAP就如磚瓦。

  唐睿康說,實驗結果顯示,其中每個磷酸鈣層構成了完整的HAP晶體薄片且厚度僅為2納米,有機層厚度也僅為1納米,它們將相鄰無機層進行緊密連接并保持一定的取向。

  實驗人員接著用納米探針技術檢測獲得的納米材料的力學特性。在外力沖擊下,該仿生骨能夠在保持晶體結構完整性的前提下發生一定程度的彎曲,而當外力消失,又像橡皮一樣回復原狀,未見任何損傷。

  據測算,這種由HAP為主構建的新材料,其彈性遠遠高于傳統HAP,達到甚至超過了普通生物骨的彈性。“我們可以稱它為一種彈性晶體。”唐睿康說。目前實驗室還能通過改變“仿生骨”的成分調節晶體的形狀和尺寸。

  據了解,國內外目前有不少科研機構在進行“仿生骨”材料的研究,一旦能夠投入應用,或將有助于治療骨傷。唐睿康表示,課題組研究結果有助于“仿生骨”達到更小尺度的結構復合,其生物活性還有待驗證。

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