打造人工“软骨”,模仿自然开发新型承重材料

文／陈根

软骨是关节周围的软纤维组织，软骨覆盖在关节的两端，比如，人体的膝盖，让它们顺利地相互移动，而不会磨损下面的骨组织。软骨为人体提供免受行走、跑步或举重产生的压缩载荷的保护。

现在，《华尔街日报》发表的一篇论文中，利兹大学和伦敦帝国理工学院的研究人员则宣布，他们已经在一种合成的自我润滑材料中复制了软骨的特性，只需要偶尔注水。

事实上，软骨的特殊承重特性令科学家们多年来都试图创造一种具有软骨特性的合成材料。但迄今为止，它们的结果好坏参半。早期开发人造软骨系统的尝试中，研究人员往往专注于水凝胶的使用，水凝胶作为一种吸水材料，能很好地减少摩擦，但在压力下表现较差。

具体来说，过去的材料是由胶原蛋白纤维、蛋白多糖蛋白和弹性蛋白纤维组成的多孔矩阵。其基质吸收了一种被称为滑液的粘性液体，这种液体在关节中产生。随着关节的移动，相互连接的软骨表面逐渐释放该液体，提供润滑。问题之一是在水凝胶被压缩之后，需要时间才能恢复正常形状。

现在，在利兹大学Siavash Soltanahmadi博士的领导下，该机构和伦敦帝国学院的科学家们采取了不同的方法。他们仍然使用一种能够吸收和释放润滑剂的水凝胶，但是这种凝胶被包含在一种叫做聚二甲基硅氧烷（PDMS）的硅基聚合物的多孔支持性基质中。

当水凝胶／聚合物材料受到压缩力时，该聚合物使润滑凝胶能够承受的力是其自身的14至19倍。事实上，该材料的弹性模量接近于天然软骨的弹性模量。

研究人员认为，将水作为有效润滑剂的能力在能源生产和医疗设备等领域有着广泛的应用。然而，这通常需要一与通常使用油基润滑剂和硬表面涂层的传统工程系统相比，方法不同。而这个项目帮助他们更好地了解这些需求，并开发新的工具来满足这一需求。

未来，新的基于软骨功能的材料或许可以挑战许多的传统的油润滑工程系统。其研究现已发表在《应用聚合物材料》杂志上。