重大發(fā)現！中國科大揭示河蚌“鉸鏈”的“秘密”

6月23日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏院士團隊聯合吳恒安教授團隊成功揭示了河蚌“鉸鏈”內的可變形生物礦化組織的耐疲勞機制，發(fā)現了一種多尺度結構設計與成分固有特性相結合的抗疲勞新策略，這研究成果于6月23日發(fā)表在《Science》上。

研究人員探明了河蚌“鉸鏈”中折扇形組織的設計原理，發(fā)現這種生物組織可以在河蚌雙殼重復打開和關閉運動期間，能承受較大的變形，同時可以長期保持結構和功能的穩(wěn)定，即使經過150萬次循環(huán)，這種生物組織仍能穩(wěn)定發(fā)揮作用并且沒有表現出明顯的疲勞行為。

為研究這種生物材料的組成、結構以及這二者與材料最終性能之間的關系，研究團隊利用數學近似的方法對河蚌“鉸鏈”在變形過程中的狀態(tài)進行模擬。鉸鏈區(qū)域可以分為兩個不同的區(qū)域：外韌帶(OL)和折疊扇形礦物組織區(qū)域(FFR)。在雙殼閉合過程中，OL發(fā)生拉伸，承擔主要的周向應力并儲存大部分彈性應變能；FFR區(qū)域沿周向彎曲變形，并在受限的徑向變形下提供強大徑向支撐固定OL。研究人員揭示了這一礦物中的從宏觀到微納米尺度的多級結構設計，這種設計原則賦予了該組織高變形性、高耐疲勞性。

這項研究為今后柔性功能材料的組裝設計提供了一種全新的仿生模型，為延長材料使用壽命提供了新的解決方案，對未來柔性耐疲勞材料的研制具有重要的指導意義。