受人类骨骼和色彩斑斓的珊瑚礁如何根据周围环境调整矿藏的启发，约翰·霍普金斯大学的研究人员创造了一种自适应材料，可以根据施加的力量改变其硬度。这种进步有一天会为材料打开大门，这些材料可以自我加固，为增加的力量或阻止进一步的破坏做准备。
研究结果发表在3月份的《先进材料》杂志上。
“想象一下，在不需要检查和维护的情况下，植入的骨头或桥可以自我加固。这项研究的资深作者、霍普金斯大学极限材料研究所和纳米生物技术研究所机械工程系的助理教授Sung Hoon Kang说:“这将使植入物和桥梁更安全，并发症、成本和停工时间都降到最低。”
虽然其他研究人员以前也曾尝试制造类似的合成材料，但这样做一直很有挑战性，因为这种材料制造起来既困难又昂贵，或者在制造时需要积极维护，而且它们承受的压力有限。具有适应性的材料，如木头和骨头，可以提供更安全的结构，节省资金和资源，减少有害的环境影响。
图像说明:在梁的一端施加更多的应力导致了更多的矿化。随着应力在梁上逐渐减小，矿化量也逐渐减小。
图片来源:Sung Hoon Kang
自然材料可以利用周围环境中的资源进行自我调节;例如，骨骼利用细胞信号来控制从周围血液中提取的矿物质的添加或去除。受到这些天然材料的启发，康和同事们试图创建一种材料系统，可以增加矿物质来应对应用压力。
研究小组一开始使用的材料可以将机械力转化为电荷，作为支架或支撑结构，可以产生与施加在其上的外力成正比的电荷。研究小组希望这些电荷可以作为信号，让材料从环境中的矿物离子开始矿化。
Kang和他的同事将这些材料的聚合物薄膜浸入模拟人血浆离子浓度的体液中。当这些材料在模拟体液中孵育后，表面开始形成矿物质。研究小组还发现，他们可以通过控制液体的离子组成来控制矿物质的类型。
然后，研究小组在一端安装了一根锚固梁，从材料的一端到另一端逐渐增加应力，发现应力越大的区域，矿物质的积累越多;矿物的高度与施加的应力的平方根成正比。
研究人员说，他们的方法简单，成本低，不需要额外的能量。
“我们的发现可以为一种新的自我再生材料铺平道路，这种材料可以自我加固受损区域，”康说。他希望这些材料有一天可以作为支架来加速骨骼相关疾病或骨折的治疗，智能树脂用于牙科治疗或其他类似的应用。
此外，这些发现有助于科学家了解动态材料和矿化如何工作，这可能有助于了解骨再生所需的理想环境。
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