關(guān)節(jié)軟骨會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)、疾病、創(chuàng)傷等因素而發(fā)生損傷和退化，其自我修復(fù)能力極弱，如不及時(shí)治療最終導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。水凝膠作為一類(lèi)典型的濕軟材料，類(lèi)似于生物軟組織兼具固液兩相性質(zhì)，具有穩(wěn)定的理化性能、天然軟骨微觀結(jié)構(gòu)相似性、良好的生物相容性、可調(diào)的力學(xué)性能等，被認(rèn)為是最有前景的關(guān)節(jié)軟骨替代材料。但是，傳統(tǒng)水凝膠的力學(xué)性能差，雖然高強(qiáng)度水凝膠的多種設(shè)計(jì)策略被開(kāi)發(fā)，但是在循環(huán)載荷作用下發(fā)生不可逆的變形、疲勞甚至斷裂。另一方面，增加水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度提高其承載能力會(huì)導(dǎo)致表面的水化程度的降低，對(duì)摩擦系數(shù)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在體外生理?xiàng)l件下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高承載、耐疲勞、低摩擦，是目前仿生關(guān)節(jié)軟骨設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
近日，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院陳凱副教授/張德坤教授團(tuán)隊(duì)基于關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā)，利用前期高強(qiáng)度、低摩擦的各向異性水凝膠研究的相關(guān)方法（Chemical Engineering Journal, 430, 133036），該團(tuán)隊(duì)逐層構(gòu)建了底層垂直取向、表層水平取向的雙層異構(gòu)水凝膠（BH-CF/MMT），實(shí)現(xiàn)了高承載、低摩擦以及耐疲勞的優(yōu)異性能（圖1）。此外，基于物理融合以及氫鍵的相互作用，BH-CF/MMT水凝膠具有優(yōu)異的界面結(jié)合性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于大多數(shù)軟-硬、軟-軟結(jié)合界面（圖2）。
圖1 雙層異構(gòu)水凝膠的構(gòu)建
圖5 BH-CF/MMT的滑動(dòng)摩擦性能
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c13641
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