Advanced Structural Materials by Bioinspiration
Source abstract
Abstract
In the quest of increasing safety and efficiency in structural applications, learning from natural materials can be a promising approach. Nature has evolved for billions of years to develop elaborate strategies, achieving optimal material solutions. A brief review of exemplar natural materials is provided here, with a focus on their multiscale structures. The design motifs, common to biological structural materials, are summarized, with a highlight on the structure‐property relationship. A review of recent advancement in the manufacturing of bio‐inspired composites is given, followed by recent and successful case studies. Finally, a critical discussion, highlighting the limitations of the current techniques, and prospecting the future challenges for the design of novel materials for engineering applications.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Bone Tissue Engineering Materials · Calcium Carbonate Crystallization and Inhibition · Diatoms and Algae Research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Laboratory for Atomistic and Molecular Mechanics (LAMM), Department of Civil and Environmental Engineering Massachusetts Institute of Technology 77 Massachusetts Ave., Cambridge MA 02139 USA
Politecnico di Milano Department of Mechanical Engineering via La Masa 1 Milano 20156 Italy
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1038/nmat408910.1038/nmat4089 ↗
2. 10.1038/nmat311510.1038/nmat3115 ↗
3. 10.3732/ajb.93.10.145510.3732/ajb.93.10.1455 ↗
4. 10.1098/rsif.2007.021810.1098/rsif.2007.0218 ↗
5. 10.1002/adma.20080369910.1002/adma.200803699 ↗
6. 10.1016/j.pmatsci.2009.05.00110.1016/j.pmatsci.2009.05.001 ↗
7. 10.1088/1748-3182/5/3/03500110.1088/1748-3182/5/3/035001 ↗
8. 10.1146/annurev-matsci-070909-10442710.1146/annurev-matsci-070909-104427 ↗
9. 10.1016/j.compscitech.2010.05.01310.1016/j.compscitech.2010.05.013 ↗
10. 10.1080/1478643041000168093510.1080/14786430410001680935 ↗
11. 10.1002/adem.20160014310.1002/adem.201600143 ↗
12. 10.1126/science.115429510.1126/science.1154295 ↗
13. 10.1002/adma.20120147110.1002/adma.201201471 ↗
14. 10.1016/j.pmatsci.2007.06.00110.1016/j.pmatsci.2007.06.001 ↗
15. 10.1016/j.jmps.2011.01.00110.1016/j.jmps.2011.01.001 ↗
16. 10.1073/pnas.030784310110.1073/pnas.0307843101 ↗
17. 10.1038/nnano.2011.10210.1038/nnano.2011.102 ↗
18. 10.1166/jctn.2008.255410.1166/jctn.2008.2554 ↗
19. 10.1146/annurev-matsci-070909-10442110.1146/annurev-matsci-070909-104421 ↗
20. 10.1098/rsif.2006.012710.1098/rsif.2006.0127 ↗
21. P.Fratzl Collagen: Structure and Mechanics(Ed: P. Fratzl) Springer US2008 p. P 1.10.1007/978-0-387-73906-9 ↗
22. 10.1038/nmat471910.1038/nmat4719 ↗
23. 10.1073/pnas.063160910010.1073/pnas.0631609100 ↗
24. 10.1023/B:FRAC.0000040958.04896.4310.1023/B:FRAC.0000040958.04896.43 ↗
25. 10.1073/pnas.101749310810.1073/pnas.1017493108 ↗
26. 10.1016/j.jmbbm.2012.12.00510.1016/j.jmbbm.2012.12.005 ↗
27. 10.1016/j.jmps.2004.03.00610.1016/j.jmps.2004.03.006 ↗
28. 10.1016/j.jmps.2009.07.00210.1016/j.jmps.2009.07.002 ↗
29. 10.1126/science.111395410.1126/science.1113954 ↗
30. 10.1038/srep0003510.1038/srep00035 ↗
31. 10.1038/natrevmats.2016.710.1038/natrevmats.2016.7 ↗
32. 10.1002/ar.a.2021410.1002/ar.a.20214 ↗
33. 10.1016/0020-7683(94)90025-610.1016/0020-7683(94)90025-6 ↗
34. 10.1038/nmat132310.1038/nmat1323 ↗
35. A. K.Nair F.Libonati Z.Qin L.Dimas M. J.Buehler inBiomineralization Handbook: Characterization of biomineral and biomimetic materials(Eds: E. di Masi L. B. Gower) CRC Press USA 2014 p. 337.10.1201/b16621-27 ↗
36. 10.1016/j.jmbbm.2012.09.00410.1016/j.jmbbm.2012.09.004 ↗
37. 10.1063/1.315633210.1063/1.3156332 ↗
38. 10.1016/S0006-3495(00)76426-510.1016/S0006-3495(00)76426-5 ↗
39. 10.2106/00004623-199508000-0001910.2106/00004623-199508000-00019 ↗
40. 10.1016/S1350-4533(98)00007-110.1016/S1350-4533(98)00007-1 ↗
41. 10.1038/nmat186610.1038/nmat1866 ↗
42. 10.1038/nmat186610.1038/nmat1866 ↗
43. 10.1016/S0006-3495(00)76426-510.1016/S0006-3495(00)76426-5 ↗
44. 10.1021/nl051584b10.1021/nl051584b ↗
45. 10.1146/annurev.matsci.28.1.27110.1146/annurev.matsci.28.1.271 ↗
46. 10.1146/annurev-matsci-070909-10453710.1146/annurev-matsci-070909-104537 ↗
47. 10.1177/41.3.842920010.1177/41.3.8429200 ↗
48. 10.1038/ncomms416610.1038/ncomms4166 ↗
49. 10.1038/nnano.2010.8310.1038/nnano.2010.83 ↗
50. 10.1016/S0142-9612(03)00458-710.1016/S0142-9612(03)00458-7 ↗
51. 10.1016/j.biomaterials.2004.09.00410.1016/j.biomaterials.2004.09.004 ↗
52. 10.1016/j.pmatsci.2007.05.00210.1016/j.pmatsci.2007.05.002 ↗
53. 10.1557/JMR.2001.034010.1557/JMR.2001.0340 ↗
54. 10.1021/nl061775u10.1021/nl061775u ↗
55. 10.1557/jmr.2006.023910.1557/jmr.2006.0239 ↗
56. 10.1103/PhysRevLett.96.25550510.1103/PhysRevLett.96.255505 ↗
57. Sarikaya M. · 1995
58. 10.1016/j.jmps.2006.07.00710.1016/j.jmps.2006.07.007 ↗
59. 10.1038/ncomms117210.1038/ncomms1172 ↗
60. 10.1038/2160710.1038/21607 ↗
61. 10.1038/ncomms1077210.1038/ncomms10772 ↗
62. 10.1016/j.jmbbm.2010.08.00510.1016/j.jmbbm.2010.08.005 ↗
63. 10.1038/3501653510.1038/35016535 ↗
64. 10.1126/science.111225510.1126/science.1112255 ↗
65. 10.1038/361511a010.1038/361511a0 ↗
66. 10.1016/j.jmbbm.2011.02.01310.1016/j.jmbbm.2011.02.013 ↗
67. 10.1146/annurev.matsci.38.060407.13245910.1146/annurev.matsci.38.060407.132459 ↗
68. 10.1038/srep1111610.1038/srep11116 ↗
69. 10.3389/fendo.2015.0006710.3389/fendo.2015.00067 ↗
70. 10.1016/j.prostr.2016.06.16410.1016/j.prostr.2016.06.164 ↗
71. 10.1016/j.actbio.2013.08.02010.1016/j.actbio.2013.08.020 ↗
72. 10.1016/j.progpolymsci.2008.02.00110.1016/j.progpolymsci.2008.02.001 ↗
73. 10.1038/3505723210.1038/35057232 ↗
74. 10.1038/srep2505910.1038/srep25059 ↗
75. 10.1016/j.actbio.2015.03.01110.1016/j.actbio.2015.03.011 ↗
76. 10.1371/journal.pone.002391110.1371/journal.pone.0023911 ↗
77. 10.1016/j.jmps.2014.08.01110.1016/j.jmps.2014.08.011 ↗
78. 10.1016/j.mechrescom.2013.08.00810.1016/j.mechrescom.2013.08.008 ↗
79. 10.1016/j.compstruct.2015.12.00310.1016/j.compstruct.2015.12.003 ↗
80. 10.1038/srep0559810.1038/srep05598 ↗
81. 10.1007/978-1-4419-1120-910.1007/978-1-4419-1120-9 ↗
82. 10.1016/j.biomaterials.2010.04.05010.1016/j.biomaterials.2010.04.050 ↗
83. 10.1002/jbm.b.3118310.1002/jbm.b.31183 ↗
84. 10.1007/s11837-003-0175-y10.1007/s11837-003-0175-y ↗
85. 10.1038/srep2305810.1038/srep23058 ↗
86. 10.1038/nbt.295810.1038/nbt.2958 ↗
87. 10.1088/1758-5082/2/1/01411010.1088/1758-5082/2/1/014110 ↗
88. 10.1038/nmat441910.1038/nmat4419 ↗
89. 10.1038/ncomms964310.1038/ncomms9643 ↗
90. 10.1126/science.121082210.1126/science.1210822 ↗
91. 10.1038/ncomms964110.1038/ncomms9641 ↗
92. 10.1111/j.1551-2916.2009.03087.x10.1111/j.1551-2916.2009.03087.x ↗
93. 10.1126/science.112093710.1126/science.1120937 ↗
94. 10.1126/science.116486510.1126/science.1164865 ↗
95. 10.1016/j.bsecv.2016.02.00210.1016/j.bsecv.2016.02.002 ↗
96. 10.1088/0034-4885/68/4/R0310.1088/0034-4885/68/4/R03 ↗
97. 10.1016/B978-0-444-56369-9.00025-310.1016/B978-0-444-56369-9.00025-3 ↗
98. 10.1007/s10853-006-0978-710.1007/s10853-006-0978-7 ↗
99. 10.1016/j.ijrmhm.2005.04.01910.1016/j.ijrmhm.2005.04.019 ↗
100. 10.1111/j.1151-2916.1994.tb05400.x10.1111/j.1151-2916.1994.tb05400.x ↗