登上《科学》！ 中国科大俞书宏院士团队发现河蚌铰链的耐疲劳秘密 全球简讯

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中国科学技术大学俞书宏院士团队联合吴恒安教授团队成功揭示了双壳纲褶纹冠蚌铰链内的可变形生物矿物硬组织的耐疲劳机制，提出了一种多尺度结构设计与成分固有特性相结合的耐疲劳新策略，为未来耐疲劳结构材料的合理设计和制备提供了新的见解。研究成果于6月23日发表在国际学术期刊《Science》上。

为什么要研究普普通通的河蚌呢？“我们要向自然学习”，俞书宏院士坚定地说，“通过解析自然材料，特别是生命体所创造的具有复杂结构的生物材料，搞清楚包括它的组成、结构与功能之间的关系，用于指导我们在仿生领域开展更多的探索研究。”正是因为俞书宏院士提出的独特研究思路和视角，他获得了新基石科学基金会的资助，入选首批新基石研究员。

俞书宏院士及其团队早在2016年，就模仿双壳纲软体动物合成天然珍珠母的“砌墙式”策略，提出一种新的“组装与矿化”联用的介观组装合成方法，从源头模仿天然贝壳珍珠层的形成过程和化学组分，在国际上首次成功矿化合成了人工珍珠母材料，相比于天然珍珠母长达数月的形成周期，人工珍珠母合成只需要两周左右的时间，相关研究成果发表在《Science》上。俞书宏院士表示，通过对生物材料微观结构的细致观察和深入研究，可以发现多级有序结构对材料宏观性能的提升能起到至关重要的作用。

“有所发现”、“有所发明”、“有所创造”，俞书宏院士用这三个词总结了团队的期待和目标，“这是我们仿生材料研究团队的科研理念。首先是有所发现，要学会发现自然界神奇的生物材料的特殊性质，通过解析天然材料结构与功能的关系，能够帮助我们明晰新材料的创制与设计理念，接着要有所发明，将提取的设计原理用于仿生材料的制备合成，最后有所创造，通过将从自然材料结构解析中获得的材料结构设计理念交叉融合，力求创制出全新的人工材料，并将研究成果应用到实际材料的创制中，以提升材料性能”。

此外，在仿生材料研究领域，除了需要懂得化学材料相关知识，也需要对生物学、力学、数学方面的知识有所掌握。这也是研究的难点之一，要求研究人员具有很强的学科交叉能力。俞书宏院士说，“天然材料，特别是生物材料，它的结构非常复杂。在研究的时候需要我们具有跨学科的知识储备。”俞书宏院士也经常指导刚进入实验室的同学，鼓励同学们在仿生材料领域发现自己感兴趣的方向并开展研究工作。

“人工材料难在制备，自然材料难在解析”，茅瓅波副研究员说，“从自然界获得的天然生物材料，它们不仅组成未知，而且其结构设计是从宏观尺度直达分子尺度。想要把如此复杂的材料结构以及性能之间的联系说清楚，十分具有挑战性。”

这项研究持续了十余年，从2013年就已经在俞书宏院士的指导下开始进行。2015年茅瓅波副研究员从他的师兄刘蕾那里接过这项工作，继续开展河蚌铰链的解析，但一直认为没有达到俞书宏院士期望的完成度。2017年，茅瓅波副研究员博士毕业后，和同年入学的师弟孟祥森开始合作继续推进这一研究工作，没想到一做又是六年。在长达近十年的研究工作中，是俞书宏院士对基础科学长期研究的坚守和信心，为工作的开展提供了最好的条件和保障，这也与他一贯提倡的“甘于坐冷板凳”和“勇于做从0到1的科研”的科研理念高度一致，正是俞书宏院士对科研方向的远见、传承和坚持，最终才能够取得又一突破性的成果。

随着近年来小型智能化的可穿戴电子设备的发展，产品柔性化已成趋势，可以说 “柔性”性能是未来产品开发的重要方向之一，像折叠屏、折叠手机已经逐渐融入我们的日常生活。但是，要想真正实现可靠的“柔性”性能，目前还存在亟需解决的问题。

这种从河蚌铰链可变形生物矿物中提取的耐疲劳结构设计策略对于需要使用脆性基元、但又不得不承受一定形变的柔性功能材料的创制具有普遍的指导意义。俞书宏院士表示，仿生材料未来发展前景非常广阔，通过全新的设计理念，能创制出新的具有更优越性能的新材料，在航空航天、特种环境、防护等领域发挥出独特的功能和应用价值，这也是团队未来努力要做的重要方向。（记者 汪乔 实习生 王克青）

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