武汉理工教授研究生，武汉理工大学研究生院在职研究生

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武汉理工研究生，武汉理工研究生院

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原创丨百年孤寂（学研汇 技术中心）

编辑丨风云

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骨骼等生物杂化材料巧妙地将硬质无机纳米级矿物和软质有机基质组合成分层结构，以实现特定的特性和功能。这种复杂的结构贯穿到纳米宏观尺度，与它们的人工替代物相比，这种天然的生物矿化材料具有十分优越的机械性能。胶原蛋白是我们身体细胞外组织的主要成分，从肌腱、骨骼到皮肤和动脉壁都有分布。在骨骼中，胶原蛋白由碳酸羟基磷灰石的纳米级颗粒增强。另一方面，天然胶原基组织中的预应力对其整体机械性能有很大贡献。但是，当其在脱水或在较大渗透压下，骨胶原分子的长度会发生收缩，目前这种现象与矿物沉积的关系尚不明确。在骨形成过程中，胶原原纤维与碳化羟基磷灰石矿化，从而形成具有优异性能的杂化材料。其他矿物质也被认为在体外的胶原内成核。对于一系列的锶和钙基矿物，武汉理工大学傅正义院士团队观察到它们的沉淀导致胶原原纤维的收缩，达到几兆帕斯卡的压力。应力的大小取决于矿物的类型和数量。利用原位同步辐射x射线散射，分析了矿物沉积动力学。当矿物沉积在原纤维外时不发生收缩，原纤维内矿化产生原纤维收缩。这种化学机械效应发生在完全浸入水中的胶原蛋白，并产生矿物-胶原蛋白复合材料与拉伸纤维，让人联想到钢筋混凝土的原理。

原位X射线散射表征后收缩应力

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