中國科學家用倣生方法成功合成人工珍珠母

【亞太日報訊】（記者林小春）貝殼珍珠母是當今世界倣生材料設計研究中的熱點。中國研究人員18日在美國《科學》雜誌網絡版上報告說，他們參照軟體動物合成天然珍珠母的策略，利用完全倣生的方法製備出組分、結構和性能均與天然類似的人工珍珠母。

負責研究的中國科學技術大學俞書宏教授告訴新華社記者：“從具體合成的材料看，我們實現了合成與天然珍珠母高度類似的人工珍珠母的夢想。從長遠看，這項研究為今後研製具有優異功能的倣生結構材料提供了一種全新的思路和普適的方法。”

自然界中，生命體系通常利用能大量獲取的原料不斷優化其微觀結構，來提升其體內硬質複合材料的力學性能。而材料倣生設計研究，便是通過學習這種獨特的微觀結構，並結合人工合成的物質，來獲得性能遠遠超越常規材料的新型材料。

當前倣生結構材料研究的熱點包括貝殼、骨骼和牙齒等。其中珍珠母是貝殼中的內層材料，與珍珠具有相似的組成和結構，通常含有95％以上的碳酸鈣以及不到5％的幾丁質和蠶絲蛋白等有機物。微觀尺度上，它具有砌墻式的磚泥結構，其中“磚”是碳酸鈣薄片，“泥”是幾丁質等有機物。

俞書宏等人的方法參照了軟體動物合成天然珍珠母的砌墻式策略，首先運用優化的冷凍組裝法構築具有多層介觀尺度結構的幾丁質框架，然後通過礦化溶液在框架內的循環流動，使得碳酸鈣在該框架的每一層上礦化生長，最後通過浸漬蠶絲蛋白溶膠和熱壓的方法即可得到倣珍珠母材料。

這種倣珍珠母材料具有與天然珍珠母高度相似的化學組分和跨越多個尺度的有序結構，其密度更低，但力學性能相當，具有優越的抗斷裂性能。

研究人員認為，這種全新的介觀尺度“組裝與礦化”相結合的合成策略適用於其他多種材料體系。這個方法易於調控材料的微、納多級結構，原理簡單，成本較低，有望用於設計和構築各種具有優越力學性能的新型多級結構材料。