（来源：谷粉学术）

2026 年 10 月 1 日，国际顶级学术期刊《Science》以 Research Article 形式发表了北京航空航天大学刘明杰教授团队在生物材料高强高韧机制与仿生纳米复合材料领域的最新研究进展。论文题为 "Hierarchical Crystalline Organic-Inorganic Framework Enabling High-Modulus Toughening in Nacre"。该研究以天然贝壳珍珠层为研究对象，从分子 - 微纳 - 宏观跨尺度出发，发现了无机相限域生物分子的晶态组织及多级次晶态有机 - 无机框架结构（Crystalline Organic – Inorganic Framework, COIF），揭示了其通过临界滑移长度和纳米钉扎实现高模量、高强度与高韧性协同的力学机制，并进一步将这一结构原理应用于再生珍珠层材料的设计，为突破传统复合材料中刚度与韧性难以兼顾的设计瓶颈提供了新的材料设计思路。

陈航博士后为第一作者，刘明杰教授为通讯作者，北京航空航天大学为第一单位。

2020 年，团队在《Nature》发表研究成果，发现二维无机材料能够通过纳米空间限域调控高分子结晶与结构有序性。这一发现为解析珍珠层提供了新的研究视角：如果人工二维无机材料能够限域高分子结晶，那么在经过数亿年生物矿化演化形成的珍珠层中，无机碳酸钙是否也可能通过类似的纳米限域作用，诱导或稳定其中的生物分子形成晶态结构？由此，研究团队将研究方向从传统的 " 由自然到人工 " 进一步转向 " 由人工到自然 "，重新审视珍珠层内部的纳米尺度组织。

通过高分辨透射电子显微镜及多尺度结构表征，研究团队在珍珠层内部发现了受无机相纳米限域的生物分子晶体，并由此揭示了不同于传统 " 砖泥 " 模型的晶态有机–无机组织方式。具体而言，宽约 30 纳米的文石纳米棒与厚度约 5 纳米的纳米限域生物分子晶体相互交织，形成具有跨尺度的多级次特征的晶态有机–无机框架。这一发现拓展了传统 " 砖泥 " 模型对珍珠层结构的认识，为揭示其多级次组织结构与优异力学性能之间的内在联系，以及高模量、高强度与高韧性协同的结构起源，提供了关键的微观结构证据。