在对生物体结构细致解析的基础上,从不同的角度构建理论模型,探索仿生材料与实际医用的结合点;以壳聚糖为原料,用原位沉析组装技术、就地反应羟基磷灰石与壳聚糖纳米复合技术、膜渗透扩散技术及其它技术组装成仿树木年轮结构、仿毛竹层状叠加外密内疏空心结构和仿骨板状叠加结构,制备具有多种功能的满足医学要求的骨科材料。研究其仿生材料的制备原理,研究仿生材料的结构对其力学性能及其它性能的影响,建立力学模型,研究仿生材料在医学上的实际应用及其在生物体内的生物相容性和生物降解性。
在对生物体结构细致解析的基础上,认为自然界中具有优异力学性能的生物体都具有层状叠加结构的共性。因此本项目以树木年轮结构为模型,以天然生物高分子壳聚糖为原料,创建了一种新型的原位沉析层层组装技术,成功地制备了一种具有仿木年轮结构高强度可吸收的壳聚糖接骨钉材料和仿毛竹层状叠加外密内疏空心结构及仿骨板状叠加结构的具有多种功能的满足医学要求的骨科材料。以Liesegang环现象合理解释了壳聚糖层状叠加结构的形成机理,建立应力钝化力学模型,合理解释了层状叠加结构材料的增强原理。从而发展了一种聚合物加工成型的新方法和结构增强材料的新途径;通过原位杂化法就地反应制备了羟基磷灰石/壳聚糖纳米复合材料、壳聚糖/羟基磷灰石/四氧化三铁纳米复合材料、壳聚糖/碳酸钙软硬夹层复合生物材料,解决了无机粒子在聚合物基体中的分散问题。模仿荷叶的拒水结构在壳聚糖材料的表面进行结构修饰,既解决了壳聚糖材料在湿态环境下强吸水而导致力学性能衰减过快的问题,又保持了材料原有的生物相容性的优势。这种新型的原位沉析仿生层状组装技术丰富了仿生科学的内容,奠定了高强度可吸收的壳聚糖骨折内固定生物医用材料产业化的基础。