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kangjx木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
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北航郭林教授課題組在《Science》刊發(fā)多尺度構(gòu)筑人工牙釉質(zhì)最新成果
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今天給大家分享一篇關(guān)于仿生牙釉質(zhì)的文獻(xiàn)，文中提到的微納米結(jié)構(gòu)單元組裝策略、非晶間質(zhì)增強(qiáng)增韌以及高分子限域作用很有新意，對(duì)我啟發(fā)頗多，現(xiàn)跟大家分享一下我的見(jiàn)解。 北航郭林教授課題組在《Science》刊發(fā)多尺度構(gòu)筑人工牙釉質(zhì)最新成果-Multiscale engineered artificial tooth enamel Abstract Tooth enamel, renowned for its high stiffness, hardness and viscoelasticity, is an ideal model for designing biomimetic materials, but it is challenging to accurately replicate complex hierarchical organization of high-performance biomaterials in scalable abiological composites. We engineered an enamel analog with essential hierarchical structure at multiple scale through assembly of amorphous intergranular phase (AIP) coated hydroxyapatite nanowires intertwined with polyvinyl alcohol. The nanocomposite exhibited simultaneously high stiffness, hardness, strength, viscoelasticity and toughness, exceeding the properties of enamel and previously made bulk abiotic materials. The presence of AIP, polymer confinement and strong interfacial adhesion are all needed for high mechanical performance. This multiscale design is suitable for scalable production of high-performance materials. 牙釉質(zhì)以其優(yōu)異的剛度、硬度和粘彈性著稱(chēng)，是一種理想的仿生構(gòu)筑模型，但在可放大的非生物復(fù)合材料中精確重現(xiàn)高性能生物材料的復(fù)雜多級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)挑戰(zhàn)。郭林教授課題組以非晶間質(zhì)相包覆羥基磷灰石納米線（HA）復(fù)合聚乙烯醇可控組裝得到牙釉質(zhì)類(lèi)似物。此納米復(fù)合材料同時(shí)具有優(yōu)異的剛度、硬度、強(qiáng)度、粘彈性以及韌性，超過(guò)了牙釉質(zhì)和現(xiàn)有的塊體非生物材料。研究發(fā)現(xiàn)，非晶間質(zhì)相的存在、聚合物的限域作用以及強(qiáng)界面連接共同導(dǎo)致了超高的力學(xué)性能。這種多尺度設(shè)計(jì)適用于高性能材料的宏量制備。 1. 此論文以天然牙釉質(zhì)作為構(gòu)筑模型，首先詳盡分析了牙釉質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，隨后通過(guò)水熱法和可控水解法制備得到非晶ZrO2包覆的HA，作為構(gòu)筑單元，進(jìn)一步合理改進(jìn)定向冷凍裝置，實(shí)現(xiàn)了晶體/非晶復(fù)合納米線與聚合物的復(fù)合及宏觀尺寸定向組裝，得到了迄今為止與牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)最為相近的類(lèi)牙釉質(zhì)復(fù)合材料。 圖1 多尺度類(lèi)牙釉質(zhì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)合成及微納結(jié)構(gòu)表征。 2. 通過(guò)改變無(wú)機(jī)/有機(jī)含量的比例，能夠顯著影響聚合物的熱運(yùn)動(dòng)，從而使得聚合物表現(xiàn)出明顯的限域作用，進(jìn)而調(diào)控復(fù)合材料整體的力學(xué)性能；特別得，非晶間質(zhì)的存在，提高了無(wú)機(jī)/有機(jī)界面的連接，提高應(yīng)力耗散能力，使得類(lèi)牙釉質(zhì)復(fù)合材料表現(xiàn)出即強(qiáng)又韌又粘彈的綜合力學(xué)特性。該工作的研究為下一代生物力學(xué)性能匹配的牙修復(fù)材料以及綜合力學(xué)性能更為優(yōu)異的工程材料的設(shè)計(jì)合成提供了理論借鑒和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。 圖2 類(lèi)牙釉質(zhì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)限域與界面增強(qiáng)機(jī)制。 針對(duì)此文獻(xiàn)，讓我們深刻認(rèn)識(shí)到牙釉質(zhì)及其類(lèi)牙釉質(zhì)復(fù)合材料復(fù)雜的多級(jí)結(jié)構(gòu)，并意識(shí)到非晶間質(zhì)相在多級(jí)結(jié)構(gòu)中的力學(xué)增強(qiáng)機(jī)制，學(xué)習(xí)了納米線有序組裝策略，對(duì)高性能復(fù)合材料制備方向的小伙伴會(huì)很有幫助。 （先分享到這里，歡迎大家留言補(bǔ)充） 更多詳細(xì)內(nèi)容，可閱讀期刊原文。 原文鏈接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3343 |
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