研究人员提出仿生适度有序布利冈结构概念

本报讯（记者王敏）近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队针对纤维基元界面设计薄弱的现状，基于网络态纳米纤维的适度有序力学设计理念，开展仿生布利冈结构多级次可重构纤维界面设计的系统性研究，提出仿生适度有序布利冈结构概念，分级构筑了具有动态可重构纤维界面的高性能仿生布利冈结构材料。相关研究成果发表于《科学进展》。

论文第一作者、中国科学技术大学副研究员陈思铭介绍，这种适度有序纤维设计创造的纤维桥接互锁结构和三维氢键网络，可以通过纤维间滑移和氢键的断裂-重构赋予仿生界面对外部荷载的动态自适应特性，从而达到广泛耗散能量的目的。

自然布利冈结构由纳米纤维单向组装成层进而螺旋堆叠而成，独特的结构和界面可赋予诸多生物材料卓越的力学性能。深刻理解布利冈结构构效关系并以合适的手段将其转录至人工系统，有望推动纤维基结构材料的发展。

研究人员以网络态细菌纤维素纳米纤维为模型基元，单轴牵伸其凝胶膜以诱导纳米纤维空间取向排列，然而实验上难以获知取向度对纤维网络微观力学行为的影响。为此，研究人员开展基于不同取向角度纤维模型的大规模分子动力学模拟。结果表明，适度有序结构可以优化氢键网络的维度和促成模型断面上纤维素分子链的桥接互锁，展现出较完全有序结构更加坚固的韧性断面。

研究人员进一步将膜层内纳米纤维界面行为传递到宏观尺度，制备出仿生适度有序布利冈结构材料。所构筑的仿生材料具有突出的力学表现和尺寸稳定性，在生物医学领域如能量耗散型纤维软骨的修复与替代方面前景广阔。

由纤维桥接互锁和三维氢键网络介导的仿生适度有序布利冈结构，将为纳米纤维素材料的力学增强设计提供重要启示，推动网络态纳米纤维的仿生组装、组装体高性能化和应用。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.adl1884