代表性生物原型(海螺、螳螂蝦、蛤蜊)的磚和砂漿、布利岡和交叉板層結(jié)構(gòu)同時展示。此外，還展示了仿生支架和浸潤復合材料。參考圖1: 3D打印Ti-6Al-4V支架的仿生結(jié)構(gòu)及其滲透的Mg-Ti復合材料。| Nature Communications

為了創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)，團隊選擇使用3D打印鈦結(jié)合鎂的第二相。他們選擇這兩種金屬是因為它們的剛度差異很大，這反映了生物材料中不同的剛度。通過使用3D打印，他們能夠從下往上構(gòu)建結(jié)構(gòu)——模仿自然形成的過程。這一過程也使他們能夠制造出一種多孔支架，這種支架可以在不需要壓力的情況下被鎂滲透。

材料被制造出來之后，研究小組使用X射線和電子顯微鏡來評估是否有孔隙。然后，他們對材料施加拉力，造成斷裂，并再次對材料成像。Thermo Scientific? Avizo? 軟件處理并激活了成像數(shù)據(jù)，該軟件提供了先進的圖像分割、3D可視化和定量分析，使研究團隊能夠清楚地看到并量化骨折結(jié)構(gòu)。

圖中顯示了SEM圖像和CT容積再現(xiàn)的磚和砂漿(a)、布利岡 (b)和交叉板層(c)結(jié)構(gòu)。白色箭頭表示裂縫。

將他們的材料與其他材料進行比較后，研究小組發(fā)現(xiàn)，仿生材料在強度和延展性方面表現(xiàn)出了優(yōu)越性。特別是，受蛤蜊殼啟發(fā)的交叉層狀結(jié)構(gòu)成為了Z堅固的結(jié)構(gòu)。

Z終，該研究表明，仿生材料具有更強的強度和耐用性，在結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學應用方面可能是傳統(tǒng)材料的具有前景的替代品。這也清楚地展示了先進的成像設(shè)備和軟件如何與高科技制造和測試相結(jié)合，從而實現(xiàn)了原本不可能實現(xiàn)的科學飛躍。

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Nature Communications：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30873-9#Abs1

Luigi Raspolini是賽默飛世爾科技公司的產(chǎn)品專家