科学家初次发现大熊猫牙齿完成自修复机制

科学家初次发现大熊猫牙齿完成自修复机制中新网辽宁新闻1月14日电(沈殿成)牙齿是动物天然生成的进攻防卫兵器和咀嚼食物的东西。大熊猫是动物界中牙尖齿利的典型代表,其99%的食物是竹子,巩固强悍的牙齿是大熊猫啃食竹子的利器。最近,中国科学院金属研讨所资料疲惫与开裂实验室刘增乾博士带领研讨团队研讨发现,作为典型的天然兵器资料,大熊

科学家初次发现大熊猫牙齿完成自修复机制
中新网辽宁新闻1月14日电 (沈殿成)牙齿是动物天然生成的进攻防卫兵器和咀嚼食物的东西。大熊猫是动物界中牙尖齿利的典型代表,其99%的食物是竹子,巩固强悍的牙齿是大熊猫啃食竹子的利器。  最近,中国科学院金属研讨所资料疲惫与开裂实验室刘增乾博士带领研讨团队研讨发现,作为典型的天然兵器资料,大熊猫牙釉质能够在发作变形与损害后在微纳米标准进行明显的主动回复,这首要得益于其高密度的富含有机质的微观界面和奇妙的安排结构规划,即组成牙釉质的无机矿藏单元在微纳米标准均沿咬合方向规矩摆放,而矿藏之间的界面以天然有机质填充,如图1所示。图1 大熊猫牙釉质微纳米标准安排结构及其自修正效应与微观机制  牙釉质的变形、损害与主动回复微观上都是以界面为前言完成的,水分子能够对自修正效应起到明显的促进作用,这首要归因于牙釉质界面中的天然有机质在水合条件下会发作溶胀、高分子链柔性进步、玻璃化改变温度降低一级改变。  刘增乾研讨团队在体系说明天然生物资料梯度规划的方式、准则及其起到的作用与机制的基础上,初次提出了新式资料安排结构取向梯度的概念与规划准则,说明晰梯度结构取向与再取向对力学功能的优化机理,而且提炼了改进资料力学功能的仿生规划新思路,即经过操控微观安排结构取向完成资料的局域刚度、强度与耐性的优化散布与彼此匹配,然后进步资料全体的力学功能。一起,该研讨组初次发现,资料在加载过程中发作的安排结构再取向不只能够进步其变形才能,更能够为完成归纳力学功能的改进供给有用的途径,如图2所示。图2 资料经过微观安排结构再取向完成归纳力学功能的全面同步提高  经过调整自身的安排结构与所受外力之间的取向联系,资料在拉伸条件下的刚度和强度逐步进步,一起裂纹扩展途径逐步违背最大正应力方向,因而开裂耐性得以同步增强;而在紧缩条件下,资料的力学稳定性与劈裂耐性也表现出同步增大的趋势。因而,资料能够运用有限的变形完成其刚度、强度、稳定性与开裂耐性的全面提高,而这些功能自身则往往体现出彼此限制的联系。  此外,针对天然界长时间“军备竞赛”构成的首要用作兵器的天然生物资料,该研讨组还说明晰其首要的品种、方式与安排结构特征,从资料科学与力学视点提醒了其同步完成进攻与防护作用的功能优化机理,并提炼了共性的仿生资料规划准则,包含从微观外形与标准到微纳米安排结构的多标准规划、与部分应力状况相匹配的空间梯度规划、自适应与自修正功能规划,以及配套与支撑体系规划等。  现在,该研讨组正致力于运用上述准则规划研制新式的仿生资料,而且在人牙匹配型仿生复合义齿资料、高强高导电触摸资料等方面取得了新进展,有望明显提高资料的功能和运用作用,更好地满意实践使用需求。  相关研讨成果发表于Progress in Materials Science 88 (2017) 467-498、Advanced Materials 30 (2018) 1705220、Acta Biomaterialia 44 (2016) 31-40、Acta Biomaterialia 81 (2018) 267-277以及Acta Biomaterialia (in press, doi: 10.1016/j.actbio.2019.01.010),并被Materials Today和Advances in Engineering以新闻的方式报导。  报导链接:https://www.materialstoday.com/biomaterials/news/hydration-helps-pandas-teeth-last-a-lifetime-/,https://advanceseng.com/natures-arms-race-inspire-new-materials/。

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