大熊貓是動物界中牙尖齒利的典型代表，其99%的食物是竹子，堅固強悍的牙齒是大熊貓啃食竹子的利器。近日，中科院金屬研究所材料疲勞與斷裂實驗室博士劉增乾研究團隊發現，大熊貓牙釉質能夠在發生變形與損傷後在微納米尺度進行顯著的自動回複。最新研究成果近日發表于《生物材料學報》。
劉增乾表示，大熊貓牙齒實現自修複，主要得益于其牙釉質高密度的富含有機質的微觀界面和巧妙的組織結構設計，即組成牙釉質的無機礦物單元在微納米尺度均沿咬合方向規則排列，而礦物之間的界面以天然有機質填充。
牙釉質的變形、損傷與自動回複微觀上都是以界面為媒介實現的，水分子能夠對自修複效應起到顯著的促進作用，這主要歸因于牙釉質界面中的天然有機質在水合條件下會發生溶脹、高分子鍊柔性提高、玻璃化轉變溫度降低等轉變。
該團隊在系統闡明天然生物材料梯度設計的形式、原則及其起到的作用與機制的基礎上，首次提出了新型材料組織結構取向梯度的概念與設計原則。同時，該研究組首次發現，材料在加載過程中發生的組織結構再取向不僅可以提高其變形能力，更能夠為實現綜合力學性能的改善提供有效的途徑。材料可以利用有限的變形實現其剛度、強度、穩定性與斷裂韌性的全面提升，而這些性能本身則往往體現出相互制約的關系。此外，針對自然界長期“軍備競賽”形成的主要用作武器的天然生物材料，該研究組還闡明了其主要的種類、形式與組織結構特征，從材料科學與力學角度揭示了其同步實現進攻與防護效果的性能優化機理，并提煉了共性的仿生材料設計原則。
目前，該研究組正緻力于設計研發新型的仿生材料，并且在人牙匹配型仿生複合義齒材料、高強高導電接觸材料等方面取得了新進展。（記者沈春蕾通訊員劉言）
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