摘要:哺乳动物的骨是一种代表性的自然生物复合材料,经过若干世纪的选择进化,具有复杂的多级微纳米结构和优良的力学性能
本讨论主要介绍了骨骼的组成成分、多级微纳米结构及其仿生材料的讨论进展,同时提出一些看法和展望
关键词: 骨骼;组成成分;多级微纳米结构;仿生0 引言20 世纪 60 年代 J
Steele 在美国召开的第一次仿生学讨论会上正式提出仿生学的概念,自此仿生学作为一个学科被正式提出,并成为当前材料领域讨论的热点
哺乳动物的骨作为一种代表性的天然生物复合材料,经过数亿年的选择进化,迄今已具有适应环境与功能需求的高度优化的多级结构,表现出传统人工合成材料无法比拟的优异的强韧性、功能适应性及损伤愈合能力等特性
它们是设计和制备高性能和特别性能材料的信息宝库,深化讨论骨的优良力学性质与其多尺度(多级)微纳米结构之间的关系,获得新概念,抽象出模型,进行人工材料的仿生制备与开发,有助于制造出性能优异的复合材料[1]
本文综述了骨的组成成分及多级微纳米结构,概述了骨骼从纳米尺度到宏观尺度仿生骨材料的讨论进展,信任在不远的将来骨材料仿生将会带来更多的应用价值
1 骨的成分与多级微纳米结构骨主要由大量无机成分、有机成分及少量水所组成
无机成分又称为骨盐,包括磷酸钙(84%)、碳酸钙(10%)、柠檬酸钙(2%)以及磷酸氢二钠(2%)等,它们形成细针状的羟基磷灰石晶体[C10(P4)6(OH)2]
有机成分包括大量的胶原纤维(95%)和少量无定形基质,无定形基质为成骨细胞分泌的凝胶状物质,主要为蛋白多糖,有黏着胶原纤维的作用,骨胶原纤维沿着羟基磷灰石晶体的长轴排列,并与之紧密结合胶原纤维束高度有序地成层排列,无定形基质将它们黏合在一起,加上骨盐沉积,形成薄板状的结构,称为骨板[2]
骨的硬度取决于其内的无机盐结晶,胶原纤维和其他有机大分子可增强骨的韧性,但胶原纤维的抗压性和彈性较差,当