密歇根大学研发混合材料人造软骨强韧灵活不输天然

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2018-07-0323:59:35

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密歇根大学研发混合材料人造软骨强韧灵活不输天然，密歇根大学研发仿生人造软骨两种材料混合实现仿生功能下一步将扩大研究范围。

密歇根大学研发仿生人造软骨两种材料混合实现仿生功能下一步将扩大研究范围11月14日，材料类学术期刊《Advanced Materials》刊登了一篇人造软骨材料的论文，该文介绍了密歇根大学和中国江南大学的研究人员开发了一种名为“Kevlartilage”的人造软骨材料。软骨是一种略带弹性的坚韧组织，在机体内起支持和保护作用，它由软骨细胞、纤维和基质构成。在软骨组织中，80%的成分是水，因其具有无可比拟的液体强度，故能帮助人体的柔软关节如膝盖等应对强大的压力。在临床治疗上，软骨的需求也非常旺盛，因为破损的膝盖软骨很难恢复，有很多运动员都因膝软骨的伤势而提前退役。多年来，医学界也尝试多种促进膝盖软骨再生的研究，如在关节中注入干细胞或健康软骨裂片，但这些试验都以失败告终。据该项目研究人员介绍，美国每年有八十多万人需要接受膝关节软骨的切除或者更换手术，虽然膝关节置换技术使用至今已经有几十年的历史，术后感染、疼痛、活动范围小等并发症也很少，但目前的材料无法达到天然软骨中强度和水含量的完美组合。为了达到如天然软骨般的强韧和灵活，研究人员试验了多重材料，最终发现了一种名为芳纶的合成纤维，它全称为“聚苯二甲酰苯二胺”，因其具有超高强度、耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，被广泛应用于复合材料、防弹制品、特种防护服装以及电子设备等领域。光有硬度还不够，为了模拟软骨中的含水率，研究人员又找来了聚乙烯醇（PVA），它是一种白色固体粉末，除了可以作为耐汽油管道、维尼纶合成纤维、织物处理剂以及胶水等化工产品的原料，它还是一种常见的水凝胶软骨中的材料。这种新型的混合材料不但具有非常好的强度，同时也具有和天然软骨相似的含水量，被研究人员认为是替代人体内软骨或其他软组织的最佳选择。在天然软骨组织中，蛋白质等分子的网络通过其腔内的水流而获得力量，同时来自水的压力也使细胞间网络得以重置，可防止因变形而受到破坏。正是由于这种缓冲机制才使得关节能承受外部较大的冲击，如跑步中，当膝盖受到骨头之间的软骨上反复施加的力量时，组织的水就会流出，使软骨变得柔软；当停止跑步时，软骨则会吸收水分，是关节能够再次抵抗压迫。人造软骨运用具有同样的原理，即纳米纤维形成的框架会在压力下释放水分，然后材料中的 PVA 会像海绵一样吸收水分。而且，这种混合材料不会对相邻的细胞造成伤害，研究人员表示，该人造软骨经过下一步的研究，或许可以作为植入物在膝盖的修复中发挥效果，他们也将继续研究这种混合材料，希望可以通过比例的调整，将其应用到更多的领域中。