受人类骨骼和五彩珊瑚礁如何根据周围环境调整矿物质沉积的启发，约翰-霍普金斯大学的研究人员创造出了一种能自我适应的材料，这种材料可以根据受力情况改变其刚度。这一研究进展为能够实现自我强化的材料打开了大门，可以应对更大的力或停止进一步的破坏。研究结果近日发表在《Advanced Materials》杂志上。

"试想一下，在不需要检查和维护的情况下，在施加较大的力的地方可以自我强化的骨植入体或桥体。这将使植入物和桥梁更安全，并发症、成本和停机时间都降到最低。"约翰-霍普金斯大学（JHU）极端材料研究所机械工程系助理教授、约翰-霍普金斯大学纳米生物技术研究所的Sung Hoon Kang说，其也是该研究的通讯作者。

虽然其他研究人员之前也曾尝试过制造类似的合成材料，但这样做一直存在较大的难度，因为这类材料的制造难度大、成本高，或者在制造时需要主动维护，而且承受的应力有限。而像木材和骨骼这样具有适应性的材料，可以提供更安全的结构，节省资金和资源，减少对环境的有害影响。

天然材料可以利用周围环境中的资源进行自我调节，例如，骨骼可以利用细胞信号控制周围血液中的矿物质的添加或清除。受这些天然材料的启发，Kang和同事们试图创造出一种可以根据施加的压力来添加矿物质的材料系统。

该团队一开始就利用能够将机械力转化为电荷的材料作为支架，或者说是支撑结构，可以产生与施加在其上的外力成正比的电荷。该团队的设想是，这些电荷可以作为材料从环境中的矿物离子开始矿化的信号。

Kang及其同事将这些材料的聚合物薄膜浸泡在模拟人体血浆离子浓度的模拟体液中。这些材料在模拟体液中孵化后，矿物质开始在表面形成。研究小组还发现，他们可以通过控制体液中的离子成分来控制形成的矿物质的类型。

然后，研究小组在材料的一端设置了锚定的横梁，将应力从材料的一端逐渐增加到另一端，发现应力较大的区域有更多的矿物堆积；矿物的高度与施加应力的平方根成正比。

研究人员表示，他们的方法简单、成本低，不需要额外的能量。

"我们的研究结果可以为一类新的可以自我再生的材料提供参考，这些材料可以对受损区域进行自我修复。"Kang说。Kang希望这些材料有朝一日可以作为支架，用于加速治疗骨相关疾病或骨折，以及用于牙科治疗或其他类似的应用中。

此外，这些发现有助于科学家们对动态材料的理解，以及矿化的工作原理，还为骨骼再生所需的理想环境提供了启示。