Biomimetic Mineralization: From Microscopic to Macroscopic Materials and Their Biomedical Applications

生物矿化 仿生材料 仿生学 矿化(土壤科学) 纳米技术 仿生合成 矿化组织 材料科学 软质材料 化学 工程类 化学工程 复合材料 有机化学 氮气 牙本质
作者
Yusai Zhou,Kai Liu,Hongjie Zhang
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (9): 3516-3531 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsabm.3c00109
摘要

Biomineralization is an attractive pathway to produce mineral-based biomaterials with high performance and hierarchical structures. To date, the biomineralization process and mechanism have been extensively studied, especially for the formation of bone, teeth, and nacre. Inspired by those, abundant biomimetic mineralized materials have been fabricated for biomedical applications. Those bioinspired materials generally exhibit great mechanical properties and biological functions. Nevertheless, substantial gaps remain between biomimetic materials and natural materials, particularly with respect to mechanical properties and mutiscale structures. This Review summarizes the recent progress of micro- and macroscopic biomimetic mineralization from the perspective of materials synthesis and biomedical applications. To begin with, we discuss the progress of biomimetic mineralization at the microscopic level. The mechanical strength, stability, and functionality of the nano- and micromaterials are significantly improved by introducing biominerals, such as DNA nanostructures, nanovaccines, and living cells. Next, numerous biomimetic strategies based on biomineralization at the macroscopic scale are highlighted, including in situ mineralization and bottom-up assembly of mineralized building blocks. Finally, challenges and future perspectives regarding the development of biomimetic mineralization are also presented with the aim of offering insights for the rational design and fabrication of next-generation biomimetic mineralized materials.
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