海洋貽貝足絲能使貽貝附著在堅硬的巖石表面抵御十級風(fēng)暴，其作用機理在于連續(xù)基質(zhì)與次微米大小顆粒夾雜的復(fù)合結(jié)構(gòu)角質(zhì)層。中國石油大學(xué)（北京）徐泉研究員與中國人民解放軍總醫(yī)院、清華大學(xué)、美國北德克薩斯州大學(xué)合作，揭示了貽貝足絲角質(zhì)層內(nèi)部左旋多巴胺與鐵離子動態(tài)敖合新機理及其角質(zhì)層中鐵離子分布梯度分布規(guī)律。
近日，此項成果以“Metal Coordination-Mediated Functionally Grading and Self-Healing in Mussel Byssus Cuticle”（貽貝角質(zhì)層中金屬配位價鍵梯度分布與貽貝足絲自愈合中的作用機理）為題在國際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Science, 2019, 1902043 (IF: 15.8)公開發(fā)表。該項研究首次證明，貽貝足絲的角質(zhì)層沿著厚度方向上鐵離子具有多種價態(tài)，其中Fe3+和Fe2+離子隨著角質(zhì)層的深度存在著梯度分布的現(xiàn)象。這種特性使得拉伸狀態(tài)下的貽貝足絲多了一層自我保護機制。拉伸中鐵離子接觸氧氣可以迅速氧化變硬抵抗拉伸形變，但這種氧化過程產(chǎn)生的裂紋擴展副反應(yīng)，卻可以通過左旋多巴胺和海水的協(xié)同作用得以恢復(fù)，從而進而實現(xiàn)原位的裂紋自修復(fù)。
這項發(fā)現(xiàn)為深入理解鐵離子與左旋多巴胺的動態(tài)敖合機制提供了新的證據(jù)與研究視角，并為設(shè)計制備兼具高韌性和強自修復(fù)能力的仿生足絲發(fā)展提供新的研究思路。該研究成果有望在生物醫(yī)學(xué)的骨損傷修復(fù)、油氣壓裂的巖石裂縫監(jiān)測與儲運管道裂紋自檢、海洋天然氣水合物開采等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
圖：貽貝足絲高韌性與自修復(fù)作用機理圖
此項研究成果第一完成單位為中國石油大學(xué)（北京），一作兼通訊作者為中國石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院徐泉研究員，中國人民解放軍總醫(yī)院許猛副主任醫(yī)師為共同第一作者，清華大學(xué)田煜教授和美國北德克薩斯州大學(xué)夏振海教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902043
