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受软骨启发 科学家开发出一种新型承重材料

2021-06-28    来源:cnBeta.COM

  据外媒New Atlas报道,患有关节炎的人都知道,软骨对我们的关节自由活动发挥着重要作用。科学家们现在已经在一种合成的自我润滑材料中复制了它的特性,只需要偶尔注水。软骨覆盖在关节的两端,如我们的膝盖,让它们顺利地相互移动,而不会磨损下面的骨组织。

  它是由胶原蛋白纤维、蛋白多糖蛋白和弹性蛋白纤维组成的多孔矩阵。该基质吸收了一种被称为滑液的粘性液体,该液体在关节中产生。

  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。同时,由于水弹性效应,被吸收的液体也有助于软骨承受被压缩力造成的不可逆转的变形。虽然研究人员以前曾试图制造人工软骨,但他们通常使用的是无法应对这种力量的软水凝胶。

  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--在这种情况下是水--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。

  Soltanahmadi说:“我们现在已经开发了一种用于工程应用的材料,它模仿了软骨中发现的一些最重要的特性,而这只是因为我们找到了一种模仿自然界的方式。对于一种柔软但能承受重载且磨损最小的合成材料来说,在工程上有许多应用,例如在轴承中。”

  这项研究在最近发表在《应用高分子材料》杂志上的一篇论文中进行了描述。