海洋贻贝足丝能使贻贝附着在坚硬的岩石表面抵御十级风暴，其作用机理在于连续基质与次微米大小颗粒夹杂的复合结构角质层。中国石油大学（北京）徐泉研究员与中国人民解放军总医院、清华大学、美国北德克萨斯州大学合作，揭示了贻贝足丝角质层内部左旋多巴胺与铁离子动态敖合新机理及其角质层中铁离子分布梯度分布规律。
近日，此项成果以“Metal Coordination-Mediated Functionally Grading and Self-Healing in Mussel Byssus Cuticle”（贻贝角质层中金属配位价键梯度分布与贻贝足丝自愈合中的作用机理）为题在国际著名学术期刊Advanced Science, 2019, 1902043 (IF: 15.8)公开发表。该项研究首次证明，贻贝足丝的角质层沿着厚度方向上铁离子具有多种价态，其中Fe3+和Fe2+离子随着角质层的深度存在着梯度分布的现象。这种特性使得拉伸状态下的贻贝足丝多了一层自我保护机制。拉伸中铁离子接触氧气可以迅速氧化变硬抵抗拉伸形变，但这种氧化过程产生的裂纹扩展副反应，却可以通过左旋多巴胺和海水的协同作用得以恢复，从而进而实现原位的裂纹自修复。
这项发现为深入理解铁离子与左旋多巴胺的动态敖合机制提供了新的证据与研究视角，并为设计制备兼具高韧性和强自修复能力的仿生足丝发展提供新的研究思路。该研究成果有望在生物医学的骨损伤修复、油气压裂的岩石裂缝监测与储运管道裂纹自检、海洋天然气水合物开采等领域发挥重要作用。
图：贻贝足丝高韧性与自修复作用机理图
此项研究成果第一完成单位为中国石油大学（北京），一作兼通讯作者为中国石油大学（北京）新能源与材料学院徐泉研究员，中国人民解放军总医院许猛副主任医师为共同第一作者，清华大学田煜教授和美国北德克萨斯州大学夏振海教授为共同通讯作者。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902043
