中國科大在人工居心申請合成珍珠母研究中取得

  中國科大在人工居心申請合成珍珠母研究中取得進展

  近日,中國科學技術大學教授俞書宏課題組在人工分解珍珠母的办法上获得打破性進展。差别於以往仿珍珠母原料或仿生礦化办法失掉的微觀晶體,俞書宏課題組初次通過模擬自然珍珠母生長過程而獲得瞭人工仿生結構原料,這種原料具有與自然珍珠母高度类似的化學組分和微觀結構,並因而兼具強度及韌性。該研讨结果發表在10月7日出版的《科學》雜志上(Science 2016, 354, 107-110)。文章第一作者是課題組博士生茅瓅波 。隨著近年來傢用MPV市場的疾速增長,西風流行也將片面進入這一范疇

  人工模擬珍珠母的生長及分解不断是生物礦化和仿生原料研讨領域的挑戰。珍珠母次要由文石相碳酸鈣和幾丁質構成,類似現代建築的層狀有序“磚-泥”結構。軟體動物构成珍珠母的過程,首先是調控分泌的幾丁質构成層狀框架 ,然後使碳酸鈣在該框架中富集並礦化,並逐渐填滿整個框架。因其層狀多級結構,珍珠母同時具備瞭遠遠超過純碳酸鈣或幾丁質的強度和韌性 ,這二者在多數人工原料中是無法兼得的。

  該課題組初次提出並树立瞭一種全新的介觀尺度“組裝與礦化”相結合的分解办法,通過高度模擬軟體動物珍珠母的生長方式和操纵過程,研讨人員胜利分解瞭宏觀尺度仿珍珠母塊體原料。他們首先將殼聚糖冷凍,生成層狀結構框架,再將其乙酰化 ,生成不行溶的、與貝殼分泌的成分完全分歧的幾丁質框架 。然後,运用蠕動泵向框架中循環泵入含有肯定量聚丙烯酸和鎂離子的碳酸氫鈣溶液,使得碳酸鈣在框架中原位礦化生長。在此過程中,文石相碳酸鈣以類似自然珍珠母生長的方式,在有機框架上隨機成核並沿側向内涵生長,最終在每一層框架上均构成與自然珍珠母類似的泰森多邊形結構。礦化後的原料經過絲蛋白溶液浸漬和熱壓處理便失掉塊狀人工珍珠母原料。這種人工仿珍珠母原料具有與自然珍珠母高度類似的化學組分、無機含量、多級結構方式以及超凡的斷裂強度和斷裂韌性 。

  《科學》雜志在同期觀點欄目配發瞭長篇評文/記者:杨娇妹:杨娇妹李東穎免責聲明:本文僅代替作者團體觀念,與有關述(Science 2016, 354, 32-33),高度評價瞭該研讨结這一代人就這樣在壓力的縫隙中追求著隱秘的高興果。《自然》雜志也在近期將該任务選為研讨亮點(Nature 2016, 536, 377)。《科學》雜志的審稿人評價稱:“這是一個牢靠的、開創性的任务”,“作者報道瞭一種制備大體積人工珍珠母的新办法”,“這篇論文將對具有等級有序結構的高功能復合原料的設計原理有貢獻,對今後的任务具有啟發性”。

  這項研讨開創瞭原料仿生分解的一個新路徑,解決瞭多年來難以通過模擬生物體內生物原料生長過程的办法制備宏觀尺度人工珍珠層結構原料的難題,為今後設計和制備具有優越力學功能的一系列新型宏觀尺度仿生功用原料提供瞭新思绪,可廣泛應數據顯示,特斯拉汽車2015年三季度運營收入為3.63億美元(不按美國通用會計原則),高於去年同期的2.91億美元,研發收入為1.79億美元,高於去年同期的1.36億美元,銷售、總務和行政收入為2.36億美元,高於去年同期的1.55億美元用於制備其余體系的人工原料,如人工骨骼、金屬有機框架-有機物復合原料及多種陶瓷基復合原料等。

   該研讨任务失掉瞭國傢自然科學基金委創新研讨群體、國傢EdmundChew:將來卡車銷量雖然下降但其價值卻將提升卡車工業研討(TruckIndustryResearch)研討總監EdmundChew表示,2016年重卡市場的銷量將進一步呈現下滑自然科學基金重點基金、國傢严大促時期,傢居用品訂單超2.8億單,女裝銷量超9000萬單重科學研讨計劃、重點安排項目、前沿科學重點研讨項目、蘇州納米科技協同創新中心、納米科學杰出創新中心、合肥大科學中心杰出用戶基金的資助 。

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圖1:通過模擬生物礦化過程分解人工珍珠母的步驟。(A)殼聚糖溶液;(B)取向凍幹法制備層狀結構殼聚糖框架;(C)乙酰化後失掉幾丁質框架;(D)流動礦化法生長碳酸鈣晶體;(E)蠶絲蛋白浸漬及熱壓。

  

  

圖2:自然珍珠層(左)與人工珍珠層(右)差别尺度的結構类似性。自然貝殼珍珠層的外觀(A),層狀結構(B),泰森多邊形結構(C)以及文石片顆粒狀結構(D);人工珍珠層的外觀(E),層狀結構(F),泰森多邊形結構(G)以及文石片顆粒狀結構(H)。

  

  

圖3:人工珍珠層與自然珍珠層力學性質的比較和剖析。(A)納米壓痕實驗标明微觀尺度上自然珍珠層和人工珍珠層都有很好的抗裂紋才能;(B)阿什比圖标明人工珍珠層具有优良的力學功能;(C)人工珍珠層的斷裂韌性隨裂紋擴張呈上升趨勢,證明有非本征增韌機理;(D)開口樣品的三點彎曲實驗顯示出裂紋的折射和沿層間擴展;(E)(D)圖中標識區域的缩小結構;(F)(E)圖中標識區域的缩小結構,顯示出層間的剝離 。

  

 

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