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  關節軟骨會隨著年齡的增長、疾病、創傷等因素而發生損傷和退化，其自我修復能力極弱，如不及時治療最終導致骨關節炎的發生，嚴重影響患者的生活質量。水凝膠作為一類典型的濕軟材料，類似于生物軟組織兼具固液兩相性質，具有穩定的理化性能、天然軟骨微觀結構相似性、良好的生物相容性、可調的力學性能等，被認為是最有前景的關節軟骨替代材料。但是，傳統水凝膠的力學性能差，雖然高強度水凝膠的多種設計策略被開發，但是在循環載荷作用下發生不可逆的變形、疲勞甚至斷裂。另一方面，增加水凝膠的機械強度提高其承載能力會導致表面的水化程度的降低，對摩擦系數產生負面影響。因此，在體外生理條件下，同時實現高承載、耐疲勞、低摩擦，是目前仿生關節軟骨設計的一項重大挑戰。

  近日，中國礦業大學材料與物理學院陳凱副教授/張德坤教授團隊基于關節軟骨結構和功能的啟發，利用前期高強度、低摩擦的各向異性水凝膠研究的相關方法（Chemical Engineering Journal, 430, 133036），該團隊逐層構建了底層垂直取向、表層水平取向的雙層異構水凝膠（BH-CF/MMT），實現了高承載、低摩擦以及耐疲勞的優異性能（圖1）。此外，基于物理融合以及氫鍵的相互作用，BH-CF/MMT水凝膠具有優異的界面結合性能，遠遠優于大多數軟-硬、軟-軟結合界面（圖2）。

 圖5 BH-CF/MMT的滑動摩擦性能

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c13641