41 / 2021-03-23 10:45:01

金属配合介导的贻贝足跖角质层功能分级与自愈

贻贝,梯度

含金属聚合物网络在生物系统中普遍存在，其独特的结构使其具有多种迷人的生物行为。贻贝角质层中含有Fe-儿茶酚酸酶复合物，具有极高的硬度、延展性和自愈能力。了解强化和自愈机制对于阐明动物行为和合理设计贻贝材料具有重要意义^[1]。本研究证明了Fe³⁺和Fe²⁺沿角质层厚度梯度分布的直接证据，即内角质层内的Fe²⁺较多，支持了角质层是一种具有高刚度、延展性和自愈能力的功能梯度材料的假设。对贻贝螺纹的力学性能测试表明，螺纹的强度和伸长率均随含氧量的增加而降低，但除氧后，这种性能退化可以恢复^[2]。第一性原理计算解释了铁配位的变化，它在聚合物网络的强化、降解和自愈合中起着关键作用。氧气会吸附金属离子，削弱角质层和胶原核心中的铁儿茶酚酸键，但这一过程可以被海水逆转。这些发现对于下一代生物激发的坚固、高度可扩展的材料和催化的设计具有重要意义。