作者:计红梅 来源: 中国科学报 发布时间:2019-11-11
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海鲜亦可用于骨损伤修复
严重骨折有望不用打钢钉

 

贻贝足丝高韧性与自修复作用机理图

骨折是一件令人痛苦的事情,发生严重骨折在固定时还需要打钢钉,这不但增加了伤者的痛苦,而且后期的取出、更换等过程也很折磨人。如果有一种可以自修复、自愈合且生物相容性好的材料,可以直接对骨折伤口进行原位固定,那无疑是骨折患者的福音。

近日,中国石油大学(北京)新能源与材料学院研究员徐泉与中国人民解放军总医院、清华大学、美国北得克萨斯州大学的专家学者合作,针对贻贝开展研究,揭示了贻贝足丝角质层内部左旋多巴胺与铁离子动态敖合新机理及其角质层中铁离子存在多种价态与梯度分布特性。这一研究成果有望为生物医学的骨损伤修复提供新的思路,并于近日发表在《尖端科学》(Advanced Science)上。

贻贝是一般人眼中餐桌上的“海鲜美食”,是一种双壳类软体动物,生活在海滨岩石上,煮熟后食用或者加工成干品有很高的营养价值和药用价值。贻贝身长不足10厘米,却能附着在坚硬的岩石表面,10级风暴也难以撼动它。

那么,小小的贻贝为什么有这么大的能量?其原因在于贻贝具有连续基质与次微米大小颗粒夹杂的复合结构角质层。

该项研究首次证明,贻贝足丝角质层内的Fe3+和Fe2+离子随着角质层的深度存在梯度分布的现象。这种特性使得拉伸状态下的贻贝足丝多了一层自我保护机制。拉伸中铁离子接触氧气可以迅速氧化变硬抵抗拉伸形变,这种氧化过程产生的裂纹扩展副反应,却可以通过左旋多巴胺和海水的协同作用得以恢复,进而实现原位的裂纹自修复。

这项发现为深入理解铁离子与左旋多巴胺的动态螯合机制提供了新的证据与研究视角,并为设计制备兼具高韧性和强自修复能力的仿生足丝提供新的研究思路。该成果除了有望用于生物医学的骨损伤修复,还可以应用在油气压裂的岩石裂缝监测与储运管道裂纹自检、海洋天然气水合物开采等领域,比如可以通过该作用机理,设计制备具有可控黏附与高强度特性的靶向覆膜支撑剂,随着压裂液大幅进入地底下,提高压裂效率。

此项研究成果第一完成单位为中国石油大学(北京),第一作者兼通讯作者为徐泉,中国人民解放军总医院副主任医师许猛为共同第一作者,清华大学教授田煜和美国北得克萨斯州大学教授夏振海为共同通讯作者。

(计红梅)

相关论文信息:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902043

《中国科学报》 (2019-11-11 第5版 医药健康)
 
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