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 天然生物材料雖是由碳酸鈣和磷酸鈣等常見的材料組成，但往往具有適應(yīng)其環(huán)境及功能需要的復(fù)雜組裝超結(jié)構(gòu)和杰出的性能，為人們提供了材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能優(yōu)化的靈感及指南，例如貝殼是由碳酸鈣和少量的殼質(zhì)素復(fù)合材料組裝形成的“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”，骨骼是由羥基磷灰石納米晶/膠原纖維組裝形成的有序結(jié)構(gòu)等。納米材料因具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)引起人們的極大興趣和關(guān)注。然而，通過納米結(jié)構(gòu)單元隨機雜亂堆積形成的宏觀塊體材料往往難以實現(xiàn)性能的最優(yōu)化。雖然模仿天然生物材料已被證實是構(gòu)建高性能材料的理想策略，但如何實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)單元的精準有序自組裝仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。

　　最近，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領(lǐng)的科研團隊在單相羥基磷灰石超長納米線自組裝快速制備高度有序柔性生物材料的研究工作基礎(chǔ)上(Feng Chen, Ying-Jie Zhu*, ACS Nano, 2016, 10, 11483–11495)，制備出羥基磷灰石超長納米線/聚丙烯酸鈉準液晶態(tài)漿料，再通過簡單的針管注射方法將漿料注入乙醇中，成功研制出兼具羥基磷灰石超長納米線有序陣列結(jié)構(gòu)和“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”的高性能仿生柔性復(fù)合纖維。這種兼具“磚塊水泥層狀有序結(jié)構(gòu)”及羥基磷灰石超長納米線高度有序陣列結(jié)構(gòu)的仿生復(fù)合纖維具有良好的柔韌性，可以打結(jié)、彎曲或扭曲而不會破壞其結(jié)構(gòu)完整性。更為重要的是，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計使該仿生有序結(jié)構(gòu)柔性復(fù)合纖維擁有優(yōu)異的力學(xué)性能，其拉伸強度及楊氏模量分別達到203.58 MPa和24.56 GPa，優(yōu)于天然密質(zhì)骨及文獻報道的羥基磷灰石復(fù)合材料。此外，科研團隊通過引入磁性納米顆粒或熒光染料，還研制出具有磁響應(yīng)性或熒光功能的有序結(jié)構(gòu)柔性復(fù)合纖維。所制備的羥基磷灰石超長納米線基有序結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維有望作為原料構(gòu)建各種高性能柔性仿生材料，在多個領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《美國化學(xué)會-納米》 (Ri-Long Yang, Ying-Jie Zhu*, Fei-Fei Chen, Dong-Dong Qin, Zhi-Chao Xiong*, ACS Nano, 2018, 12, 12284–12295)。

　　此外，受天然牙釉質(zhì)的啟發(fā)，研究團隊還發(fā)展了自下而上多尺度自組裝策略，研制出一種新型樹脂增強的羥基磷灰石超長納米線基仿牙釉質(zhì)高度有序結(jié)構(gòu)材料。該方法可以實現(xiàn)多尺度（從納米到微米到宏觀尺度）自組裝，制備具有優(yōu)異力學(xué)性能的大尺寸(厘米級)和任意形狀的高度有序結(jié)構(gòu)仿生材料，在骨缺損修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《化學(xué)工程期刊》上 (Han-Ping Yu, Ying-Jie Zhu*, Bing-Qiang Lu*, Chemical Engineering Journal, 2019, 360, 1633–1645)。

　　相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金、上海市科委等資助。

兼具羥基磷灰石超長納米線有序陣列結(jié)構(gòu)和“磚塊水泥層狀結(jié)構(gòu)”的高性能仿生柔性復(fù)合纖維。

羥基磷灰石超長納米線有序結(jié)構(gòu)仿生柔性復(fù)合纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能。

功能化的羥基磷灰石超長納米線有序結(jié)構(gòu)仿生柔性復(fù)合纖維及其構(gòu)建的織物、各種顏色、特定形狀和文字。

自下而上多尺度自組裝方法制備大尺寸（大于6 厘米）樹脂增強的羥基磷灰石超長納米線基仿牙釉質(zhì)高度有序結(jié)構(gòu)材料。