小貽貝何以具有抵御風(fēng)暴的“大能量”,？石大徐泉研究員等的最新成果揭示其作用機(jī)理
發(fā)布時(shí)間:2019-10-27 | 來(lái)源：新能源與材料學(xué)院 | 瀏覽量：
骨折是一件令人痛苦的事情,，發(fā)生嚴(yán)重骨折在固定時(shí)還需要打鋼釘,，這不但增加了傷者的痛苦，而且后期的取出,、更換等也是很折磨人的事情。如果能夠有一種可以自修復(fù),、自愈合而且生物相容性好的的材料,，可以直接對(duì)骨折傷口進(jìn)行原位固定，那無(wú)疑是給骨折的傷者帶來(lái)了福音,。
近日,，中國(guó)石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院徐泉研究員與中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院,、清華大學(xué)、美國(guó)北德克薩斯州大學(xué)的專家,、學(xué)者合作,，針對(duì)貽貝開展研究，揭示了貽貝足絲角質(zhì)層內(nèi)部左旋多巴胺與鐵離子動(dòng)態(tài)敖合新機(jī)理及其角質(zhì)層中鐵離子存在多種價(jià)態(tài)與梯度分布特性,。這一研究成果有望為生物醫(yī)學(xué)的骨損傷修復(fù)提供新的思路,。
貽貝是一種雙殼類軟體動(dòng)物，生活在海濱巖石上,，煮熟后食用或者加工成干品有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值,。貽貝身長(zhǎng)不足10厘米，卻能附著在堅(jiān)硬的巖石表面,，10級(jí)風(fēng)暴也難以撼動(dòng)它,。
小小貽貝，為什么有這么大的能量,？其原因在于貽貝具有連續(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,。
10月24日，徐泉等人的研究成果以“Metal Coordination-Mediated Functionally Grading and Self-Healing in Mussel Byssus Cuticle”（貽貝角質(zhì)層中金屬配位價(jià)鍵梯度分布與貽貝足絲自愈合中的作用機(jī)理）為題在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》（影響因子：15.804）上公開發(fā)表,。該項(xiàng)研究首次證明,，貽貝足絲角質(zhì)層內(nèi)的Fe3+和Fe2+離子隨著角質(zhì)層的深度存在梯度分布的現(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(hù)機(jī)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,，這種氧化過(guò)程產(chǎn)生的裂紋擴(kuò)展副反應(yīng)，卻可以通過(guò)左旋多巴胺和海水的協(xié)同作用得以恢復(fù),，從而進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原位的裂紋自修復(fù),。
貽貝足絲高韌性與自修復(fù)作用機(jī)理圖
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為深入理解鐵離子與左旋多巴胺的動(dòng)態(tài)敖合機(jī)制提供了新的證據(jù)與研究視角，并為設(shè)計(jì)制備兼具高韌性和強(qiáng)自修復(fù)能力的仿生足絲發(fā)展提供新的研究思路,。該成果除了有望用于生物醫(yī)學(xué)的骨損傷修復(fù),，還可以應(yīng)用在油氣壓裂的巖石裂縫監(jiān)測(cè)與儲(chǔ)運(yùn)管道裂紋自檢、海洋天然氣水合物開采等領(lǐng)域,，比如可以通過(guò)該作用機(jī)理,，設(shè)計(jì)制備具有可控粘附與高強(qiáng)度特性的靶向覆膜支撐劑，隨著壓裂液大幅進(jìn)入地底下,，提高壓裂效率,。
此項(xiàng)研究成果第一完成單位為中國(guó)石油大學(xué)（北京），第一作者兼通訊作者為中國(guó)石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院徐泉研究員,，中國(guó)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(guó)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
