實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)第一個(gè)可以模擬膝蓋的軟骨模擬凝膠

北卡羅萊納州達(dá)勒姆——膝關(guān)節(jié)骨之間又細(xì)又滑的軟骨是一種神奇的東西：經(jīng)過幾十年的反復(fù)使用，它足夠結(jié)實(shí)，可以承受人的重量，但又足夠柔軟，可以緩解關(guān)節(jié)沖擊。軟硬結(jié)合很難在實(shí)驗(yàn)室復(fù)制。然而，現(xiàn)在杜克大學(xué)的研究人員說，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一種實(shí)驗(yàn)?zāi)z，這是第一種與真實(shí)物體的強(qiáng)度和耐用性相匹配的凝膠。

這種材料看起來像果凍的遠(yuǎn)房表親——的確如此——但它的強(qiáng)度非常高。它的含水量是60%，但是一個(gè)四分之一大小的圓盤可以承受一個(gè)100磅重的壺鈴的重量而不會(huì)撕裂或變形。

它的開發(fā)人員說，這是第一種水凝膠——一種由吸水聚合物制成的材料——能夠承受拉力和重負(fù)荷以及人體軟骨的影響，而不會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損。

在化學(xué)和材料科學(xué)家、杜克大學(xué)的本威利(Ben Willy)和肯蓋爾(Ken Gail)的領(lǐng)導(dǎo)下，這項(xiàng)研究有朝一日將為膝關(guān)節(jié)疾病患者提供軟骨損傷的替代品，以及美國每年60萬例膝關(guān)節(jié)置換的替代品。

光滑的橡膠組織覆蓋在骨頭的末端，這樣它們就可以彼此平滑地滑動(dòng)。軟骨在每一步都會(huì)吸收大量的力量——通常是你體重的2到3倍。

然而，軟骨的自愈和自修復(fù)能力也非常有限。杜克大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)教授加爾說，一旦磨損，就很難用年齡、過度使用或創(chuàng)傷來治療。

人工軟骨可以幫助想要避免或推遲只能持續(xù)20年的膝關(guān)節(jié)置換的患者。自20世紀(jì)70年代以來，人們一直在探索水凝膠作為軟骨替代品的用途，并將其用于軟性隱形眼鏡和一次性尿布。這些材料具有光滑、減震、不損傷附近細(xì)胞的特點(diǎn)，因而受到研究者的關(guān)注。但直到現(xiàn)在，它們被證明太弱，不能用于膝蓋等承重關(guān)節(jié)。

公爵著手改變這一點(diǎn)。杜克大學(xué)化學(xué)教授威利說，“我們著手制造第一種具有軟骨機(jī)械特性的水凝膠?！?

這種新型水凝膠由兩個(gè)相互纏繞的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成：一個(gè)由可拉伸的面條狀線制成，另一個(gè)由剛性的籃狀結(jié)構(gòu)制成，并沿其長度方向帶有負(fù)電荷。用這些第三組分纖維素纖維網(wǎng)增強(qiáng)。

當(dāng)凝膠被拉伸時(shí)，纖維素纖維可以拉伸并幫助將材料固定在一起。當(dāng)它被擠壓時(shí)，沿著剛性聚合物鏈的負(fù)電荷相互排斥并粘附在水中，從而幫助它反彈回原來的形狀。

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