海洋貽貝足絲能使貽貝附著在堅硬的巖石表面抵御十級風暴，其作用機理在于連續基質與次微米大小顆粒夾雜的復合結構角質層。中國石油大學（北京）徐泉研究員與中國人民解放軍總醫院、清華大學、美國北德克薩斯州大學合作，揭示了貽貝足絲角質層內部左旋多巴胺與鐵離子動態敖合新機理及其角質層中鐵離子分布梯度分布規律。
近日，此項成果以“Metal Coordination-Mediated Functionally Grading and Self-Healing in Mussel Byssus Cuticle”（貽貝角質層中金屬配位價鍵梯度分布與貽貝足絲自愈合中的作用機理）為題在國際著名學術期刊Advanced Science, 2019, 1902043 (IF: 15.8)公開發表。該項研究首次證明，貽貝足絲的角質層沿著厚度方向上鐵離子具有多種價態，其中Fe3+和Fe2+離子隨著角質層的深度存在著梯度分布的現象。這種特性使得拉伸狀態下的貽貝足絲多了一層自我保護機制。拉伸中鐵離子接觸氧氣可以迅速氧化變硬抵抗拉伸形變，但這種氧化過程產生的裂紋擴展副反應，卻可以通過左旋多巴胺和海水的協同作用得以恢復，從而進而實現原位的裂紋自修復。
這項發現為深入理解鐵離子與左旋多巴胺的動態敖合機制提供了新的證據與研究視角，并為設計制備兼具高韌性和強自修復能力的仿生足絲發展提供新的研究思路。該研究成果有望在生物醫學的骨損傷修復、油氣壓裂的巖石裂縫監測與儲運管道裂紋自檢、海洋天然氣水合物開采等領域發揮重要作用。
圖：貽貝足絲高韌性與自修復作用機理圖
此項研究成果第一完成單位為中國石油大學（北京），一作兼通訊作者為中國石油大學（北京）新能源與材料學院徐泉研究員，中國人民解放軍總醫院許猛副主任醫師為共同第一作者，清華大學田煜教授和美國北德克薩斯州大學夏振海教授為共同通訊作者。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902043
