在没有矿物质作为硬化剂的情况下，昆虫和蜘蛛经常在它们完全有机的承重“工具”中使用蛋白质基质的金属离子交联。有鉴于此，德国马克斯普朗克胶体与界面研究所的Yael Politi、Maryam Tadayon等研究人员，对比研究分析了蜘蛛Cupiennius Salei爪子的富锰、富钙角质层和同一动物螯牙的富Zn角质层的纤维分级结构、元素分布和微观力学性能，并对其进行了初步的实验研究，结果表明：同一种动物的爪部富锰、富钙角质层与同一动物螯牙的富Zn角质层具有不同的层次纤维构筑、元素分布和细观力学性能。

本文要点

1）通过将实验结果与有限元分析相关联，推断出功能、显微结构和成分的适应性分别导致了显著的损伤恢复和耐磨性。

2）结果进一步表明，锌和锰/钙的掺入与生物材料的硬度和硬度的增加有很好的相关性。

3）然而，掺入Mn/Ca-离子交联的爪材的耐磨性超过了许多其他非矿化生物材料，可与锌含量3倍以上的尖牙相媲美。

这些增强耐磨性的生物材料适应范例可作为先进、高性能、功能表面和梯度材料的新设计原则。

参考文献：

Maryam Tadayon, et al. Adaptations for Wear Resistance and Damage Resilience: Micromechanics of Spider Cuticular “Tools”. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI：10.1002/adfm.202000400

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202000400