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浙大最新Nature:碳酸钙变“形”记

   日期:2019-11-21     浏览:142    
       从自然界恢弘奇幻的石灰石溶洞,到让人恨之入骨的肾结石,溶液中的成核结晶现象无处不在,也包含着关于晶体生长的共同秘密:溶质从离子状态到成核结晶,中间状态是怎样的?多年来,尽管有科学家提出过一些假说与理论,但始终没有直接观测证据。

日前,浙江大学的唐睿康教授课题组受到由交联单体或低聚体形成的聚合物材料的启发,报道了利用交联离子低聚体构建具有连续构造的无机材料的方法。

该团队在尝试“暂停”无机物结晶过程时,“截获”到一种特别的最初产物——无机离子寡聚体。神奇的是,寡聚体能像高分子材料一样交联聚合起来,进而能形成连续的、大块的无机材料。这意味着,无机材料有望像塑料制品一样整体成型,并变化出各种复杂造型。

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无机离子从寡聚体状态交联聚合成碳酸钙连续材料的过程

研究人员利用碳酸钙作为模型材料,以三乙胺作为封端剂,得到了具有可控分子量的低聚体(CaCO3)n。接下来通过移除三乙胺可以引发这些低聚体的交联,进而能够快速构建碳酸钙块体甚至是具有连续内生结构的单晶材料。不仅如此,具有类液体行为的(CaCO3)n前驱体还能够被加工或者塑造成形,从而制备具有复杂结构和可变形态的块体材料。

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(CaCO3)n低聚体的制备和表征
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(CaCO3)n低聚体的可控交联
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非晶和类单晶块体碳酸钙的制备
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碳酸钙单晶的构建

该研究认为,这一新型材料构建策略结合了无机化学和高分子化学的特点,利用交联作用进行无机材料制备,为生产块体材料提供了新的思路。

不仅如此,研究团队还实现了牙釉质修复和碳酸钙单晶的修复。牙釉质是人体最坚硬的部分之一,其97%的成分是磷酸钙晶体。“磷酸钙的粉末早已有之,但是向缺损处撒磷酸钙粉末,是没法修复的。”唐睿康说,牙釉质是目前最难修复的生物组织之一,临床上还没有完美修复的方法。而采用磷酸钙离子寡聚体的修复材料,能让牙釉质在48小时之内长出2.5微米的修复层,且与被修复组织完美贴合,实现无缝无痕修复。

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通过寡聚体交联修复单晶(左)和牙釉质缺损(右)

2019年10月16日,相关成果以题为“Crosslinking ionic oligomers as conformable precursors to calcium carbonate”的文章在线发表在Nature上。

参考来源:求是风采、材料人

 
 
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