城大研发受生物矿化启迪的绿色陶瓷制作方法

现代科技通常需要高温来控制陶瓷的含水量。然而，即使是最先进的技术也只能控制整体的含水量。相比之下，自然界可以在温和的水环境中产生具有可调水合特性和结晶行为的生物陶瓷。

最近，香港城市大学（城大）的研究团队展示了一项可能的仿生矿化策略，透过压缩由生物体内常见离子（Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃²⁻ 和 PO₄³⁻）合成的纯无机凝胶，可以控制陶瓷的水合和结晶行为。这些无机凝胶在温和压力下能够生成透明的陶瓷片，压力水平则影响它们的水合和结晶行为。

城大工学院院长兼机械工程学系讲座教授吕坚教授指出：「至少五亿年前，生命已经可以构筑令人叹为观止的陶瓷结构。生命如何在生物相容的水环境中精准实现陶瓷制造与调控，这一难题已经困扰了科学家几个世纪。而我们的这项研究为生物矿化谜团提供了新的线索。」

城大材料科学及工程学系副教授李扬扬教授补充道：「其中的关键在于首先得到稳定的无定形矿物凝胶，这可以通过简单混合盐溶液来实现。这种稳定的凝胶便于后续的储存、运输、成型，并能被转化为具有不同性能的生物陶瓷块体。」

此研究展示了在生物相容的水环境中，将盐水溶液转化为坚硬透明的陶瓷的矿化过程。它提供了有关生命如何在温和条件下调节无定形生物陶瓷水合状态的新见解，揭示了有序排列的水分子在结晶过程中的关键作用。此外，研究发现了一种生物相容的合成路径，可以制备一种可促进骨生长的天然生物矿物 — cattiite，为其在生理条件下的生成机制通过了新的线索。

值得一提的是，虽然在是次研究中使用的压强范围（≤ 1 GPa）较大，但如作用在微纳尺度，所需压力实则非常微小。考虑到生物体中的矿物通常由纳米颗粒堆叠而成，生命也许仅需很小压力即可完成生物矿化工程。

如果科学家们可以理解掌握如何在温和条件下调节陶瓷水合状态及控制其融合、相变等性质，就为一种全新、更环保及更经济的先进陶瓷工艺开辟了道路。同时，这项研究还可能对环境科学有所贡献。例如，通过理解生物体如何调节其矿物质的水合状态及结晶行为等性质，便能更好地保护和恢复珊瑚礁等重要生态系统。

相关的研究成果已在学术期刊 Science Advances《科学进展》上发表，题为 <从盐水到生物陶瓷：模仿自然透过压力控制的水合和结晶>。

如有查询，欢迎联络城大工学院院长兼机械工程学系讲座教授吕坚教授（电邮： jianlu@cityu.edu.hk ）。