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具有软骨力学性能和耐久性的合成水凝胶复合材料

       关节软骨损伤我们都不陌生,在美国,每年约有90多万人受到关节软骨损伤的困扰,尤其是膝关节。关节软骨固有的愈合能力有限,常常导致骨关节炎。软骨损伤的治疗可以减轻疼痛,延缓全膝关节置换术的需要。目前的治疗方法包括骨髓刺激(微骨折),自体软骨细胞植入和骨软骨移植,这些方法具有较高的失败率,康复时间长,对40-50岁以上的患者疗效降低。有幸的是,水凝胶作为软骨替代物已经得到广泛的研究,因为其与软骨一样,主要由水组成,具有较低的渗透性,这使其拥有极低的摩擦系数(COF)。作为软骨替代物,目前的水凝胶在循环载荷和磨损条件下没有足够的机械强度和耐久性。
        在近期一篇发表于《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》的文章中,美国杜克大学(Duke University)、Los Alamos National Laboratory以及Duke Sports Science Institute相关研究人员报道了首个在拉伸和压缩中均具有软骨强度和模量的水凝胶,并且首个在10万次循环中表现出与软骨等效的拉伸疲劳强度。该研究通过用聚乙烯醇(PVA)-聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸盐)(PAMPS)双网络水凝胶渗透细菌纤维素(BC)纳米纤维网络来实现这些特性。其中BC提供的抗张强度类似于软骨中的胶原蛋白,而PAMPS提供固定的负电荷和渗透恢复力,类似于软骨聚集蛋白聚糖的作用。BC-PVA-PAMPS双网络水凝胶具有与软骨相同的聚集模量和渗透性,无细胞毒性,摩擦系数比软骨低45%,耐磨性是PVA水凝胶的4.4倍。
该研究采用仿生方法制造出了第一种具有与人类关节软骨相同的强度和模量的水凝胶。这种水凝胶的特性使其成为替代受损软骨的极佳候选材料。(来源:QYIM & AMSC YQ NIU编报)

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