河蚌是一種常見的淡水蚌類，濾食時，兩(liang) 片外殼會(hui) 重複開合運動。兩(liang) 片外殼連接部位為(wei) 鉸鏈，其承受反複運動和變形的過程進入了我國科學家的研究視線。

　　中國科學技術大學俞書(shu) 宏院士團隊從(cong) 中受到啟發，他們(men) 聯合同校的吳恒安教授團隊，揭示雙殼綱褶紋冠蚌鉸鏈內(nei) 的可變形生物礦物硬組織的耐疲勞機製，提出了一種多尺度結構設計與(yu) 成分固有特性相結合的耐疲勞新策略，為(wei) 未來耐疲勞結構材料的合理設計和製備提供了新的見解。成果於(yu) 前不久發表在國際學術期刊《科學》（Science）上。

　　一位審稿專(zhuan) 家高度評價(jia) 該工作，稱“這無疑激發了對生物複合材料的進一步研究，以設計耐疲勞性能增強的新材料”。

　　從(cong) 最初發現到最終論文發表，這項研究已經走過10年，背後離不開一群青年科研人的探索和付出。

　　研究起始於(yu) 俞書(shu) 宏院士2013年的科研探索，團隊注意到河蚌外殼珍珠層和鉸鏈部位微觀結構的差異。2015年，茅瓅波副研究員從(cong) 他的師兄劉蕾那裏接過這項工作，繼續開展河蚌鉸鏈的解析，但一直沒有達到俞書(shu) 宏院士期望的科研完成度。2017年，茅瓅波博士畢業(ye) 後，和同年入學的師弟孟祥森開始合作繼續推進這一研究工作，沒想到，這一做又是6年。

　　值得一提的是，2016年，俞書(shu) 宏院士及其團隊提出一種新的“組裝與(yu) 礦化”聯用的介觀組裝合成方法，從(cong) 源頭模仿天然貝殼珍珠層的形成過程和化學組分，並在國際上首次成功礦化合成人工珍珠母材料。

　　他們(men) 還發現，相比於(yu) 天然珍珠母長達數月的形成周期，人工珍珠母合成隻需要兩(liang) 周左右的時間，相關(guan) 研究成果當年發表在《科學》上。俞書(shu) 宏說，通過對生物材料微觀結構的細致觀察和深入研究，可以發現多級有序結構對材料宏觀性能的提升能起到至關(guan) 重要的作用。

　　這一發現為(wei) 後續研究奠定基礎。“我們(men) 要向自然學習(xi) ，河蚌為(wei) 新材料的研製提供源源不斷的靈感。”俞書(shu) 宏院士常用“有所發現”“有所發明”“有所創造”這3個(ge) 詞總結他領銜的仿生材料研究團隊的期待和目標。

　　他認為(wei) ，要學會(hui) 發現自然界神奇的生物材料的特殊性質，再通過解析自然材料，特別是生命體(ti) 所創造的具有複雜結構的生物材料，弄清楚材料組成、結構與(yu) 功能之間的關(guan) 係，指導科學家在仿生領域開展更多的探索研究。

　　“人工材料難在製備，自然材料難在解析。”茅瓅波說，“從(cong) 自然界獲得的天然生物材料，它們(men) 組成未知，其結構設計是從(cong) 宏觀尺度直達分子尺度。想要把如此複雜的材料結構以及性能之間的聯係說清楚，十分具有挑戰性。”

　　他舉(ju) 例介紹，河蚌鉸鏈部位包含折扇形礦物區域，外殼在開合過程中，鉸鏈整體(ti) 會(hui) 發生較大的變形，而脆性的碳酸鈣並不能承受大變形。這背後的神奇原理引起團隊注意。

　　團隊回憶，10年前的測試儀(yi) 器很難實現對材料精細結構表征的要求。近年來，得益於(yu) 國家和學校在硬件方麵加大投入，研究團隊也有更好的平台、條件去實現目標。

　　例如，在研究鉸鏈微觀結構過程中，需要研究人員分析材料各個(ge) 微區的晶體(ti) 學取向，得用X射線單晶衍射儀(yi) 連續做幾百次測試。為(wei) 此，生命科學實驗中心負責單晶衍射儀(yi) 的朱中良老師不僅(jin) 陪著團隊成員熬夜測試，還主持搭建了一個(ge) 自動測試平台，極大減輕了實驗負擔。

　　在仿生材料研究領域，除了掌握化學材料相關(guan) 知識，也需要對生物學、力學、數學方麵的知識有所掌握。這也是研究的難點之一，要求研究人員具有很強的學科交叉能力。

　　俞書(shu) 宏院士說：“天然材料，特別是生物材料，它的結構非常複雜。在研究的時候需要我們(men) 具有跨學科的知識儲(chu) 備。”俞書(shu) 宏經常指導剛進入實驗室的同學，鼓勵同學們(men) 在仿生材料領域發現自己感興(xing) 趣的方向並開展研究工作。

　　中青報·中青網記者了解到，該成果聯合攻關(guan) 團隊的碩博研究生平均年齡不到31歲。在俞書(shu) 宏院士看來，長達近10年的研究工作，離不開青年科研人員對基礎科學長期研究的堅守和信心，這也與(yu) 他一貫提倡的“甘於(yu) 坐冷板凳”和“勇於(yu) 做從(cong) 0到1的科研”理念高度一致。他說：“正是大夥(huo) 對科研方向的遠見、傳(chuan) 承和堅持，最終才能夠取得又一突破性的成果。”

　　近年來，隨著小型智能化的可穿戴電子設備技術發展，產(chan) 品柔性化已成趨勢，折疊屏、折疊手機逐漸進入日常生活。但是，要想真正實現可靠的“柔性”性能，目前還存在亟須解決(jue) 的問題。

　　95後博士生孟祥森舉(ju) 例，研究中從(cong) 河蚌鉸鏈可變形生物礦物中提取的耐疲勞結構設計策略，對於(yu) 需要使用脆性基元、但又不得不承受一定形變的柔性功能材料的創製具有普遍指導意義(yi) 。

　　俞書(shu) 宏認為(wei) ，仿生材料未來發展前景非常廣闊，通過全新的設計理念，能創製出新的具有更優(you) 越性能的新材料，在航空航天、特種環境、防護等領域發揮出獨特的功能和應用價(jia) 值，這也是團隊未來努力的重要方向。

　　讓團隊欣喜的是，他們(men) 目前已與(yu) 中國科學院海洋研究所聯係，以獲得更多“稀奇古怪”的生物樣品。俞書(shu) 宏說：“大自然就像奇妙的‘合成工廠’。未來，我們(men) 希望將這些低成本、環保型、可持續的生物基礎材料推向實際應用，我們(men) 也有信心創製一係列仿生新材料，把傳(chuan) 統材料的性能提升至更高水平。”

　　盧玥 中青報·中青網記者 王海涵 王磊 來源：中國青年報