中國科研人員研制出人工珍珠母可用于骨骼修復(fù)(組圖)

2016-10-12 16:33:23 來源：江淮晨報(bào)

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美麗的珍珠，需要耗時(shí)數(shù)年長成，而科學(xué)家們卻成功在兩周內(nèi)“復(fù)制”了這一過程。10月11日，記者從中國科大了解到，該校俞書宏教授課題組制成了有高度相似化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)的人工合成珍珠母，這一突破性進(jìn)展刊發(fā)在了國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上。

兩周“復(fù)制”珍珠母數(shù)年成長路

貝殼內(nèi)層的珍珠母有獨(dú)特而復(fù)雜的層狀結(jié)構(gòu)，它具備的超常硬度和韌性，人工合成材料通常無法兼得。

“天然珍珠母的形成過程很巧妙，貝殼首先在腔體內(nèi)有特定有機(jī)材料構(gòu)筑層狀框架結(jié)構(gòu)，層間填滿富含蛋白質(zhì)的膠狀物質(zhì)，然后在層間不斷富集碳酸鈣并使其礦化。”俞書宏團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，他們在實(shí)驗(yàn)室模擬了這一過程，并設(shè)計(jì)了一個“循環(huán)系統(tǒng)”，即通過一臺作用類似于人體心臟的蠕動泵，不斷向腔體內(nèi)的框架里泵入飽和碳酸氫鈣溶液，同時(shí)帶出反應(yīng)后的殘余廢料，在兩周內(nèi)就能“復(fù)制”珍珠母長達(dá)數(shù)年的自然形成過程，速度超其百倍。

通過模擬生物礦化過程合成人工珍珠母的步驟

天然珍珠層(左)與人工珍珠層(右)不同尺度的結(jié)構(gòu)相似性

難成首飾卻能為病患帶來福音

實(shí)驗(yàn)室制備出的這種人工材料，在成分和微觀結(jié)構(gòu)上均與天然珍珠母高度近似，在多個尺度上再現(xiàn)了天然珍珠母的微觀等級結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性。而唯一的缺憾在于，還無法擁有天然珍珠的“暈彩”，再加上成本因素，暫時(shí)無法用于制作首飾。但這種人工合成珍珠母用于骨缺損修復(fù)領(lǐng)域則可能成為眾多骨骼受損患者的福音。人類的骨骼和牙齒發(fā)育過程與珍珠母形成過程異曲同工，差別在于礦化的主要成分是羥基磷酸鈣而非碳酸鈣。運(yùn)用類似的策略合成人工骨骼或牙齒，有望高度重現(xiàn)人體骨骼的強(qiáng)度和韌性，并因成分高度近似，可有效避免材料植入人體的排異反應(yīng)，也免去了以前金屬構(gòu)件放入人體還要取出的痛苦。

“這種人工骨骼、牙齒具有廣泛的應(yīng)用前景，也是我們課題組目前正在致力于研究的課題之一。”俞書宏說。不僅如此，這種溫和而便利的方法還可推廣到其他材料體系，用于制備多種具有仿生結(jié)構(gòu)和特殊功能的復(fù)合材料。

創(chuàng)新沃土讓眾木成林

成果屢屢登陸國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》、《科學(xué)》雜志，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新頻頻斬獲國家科技獎等高含金量大獎……近年來，科大為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供沃土，通過資源的無障礙共享、 “科教結(jié)合”研究生培養(yǎng)模式一系列新政，讓創(chuàng)新之樹匯聚成林。

據(jù)悉，該校集中資源建設(shè)的理化科學(xué)等六大公共實(shí)驗(yàn)中心面向全校和社會開放共享，為每年500多個科研項(xiàng)目的順利開展和1000余篇SCI、EI論文的發(fā)表起到了重要支撐作用，已經(jīng)成為該校名副其實(shí)的科技創(chuàng)新“總裝備部”。學(xué)校“搭臺”，學(xué)科群“唱戲”，這種模式使各個分中心依托所在學(xué)院的學(xué)科特點(diǎn)，探索出適合自身的管理模式。