北卡羅萊納州達勒姆——膝關(guān)節(jié)骨之間又細又滑的軟骨是一種神奇的東西：經(jīng)過幾十年的反復使用，它足夠結(jié)實，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)合很難在實驗室復制。然而，現(xiàn)在杜克大學的研究人員說，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一種實驗?zāi)z，這是第一種與真實物體的強度和耐用性相匹配的凝膠。
這種材料看起來像果凍的遠房表親——的確如此——但它的強度非常高。它的含水量是60%，但是一個四分之一大小的圓盤可以承受一個100磅重的壺鈴的重量而不會撕裂或變形。
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荷以及人體軟骨的影響，而不會隨著時間的推移而磨損。
在化學和材料科學家、杜克大學的本威利(Ben Willy)和肯蓋爾(Ken Gail)的領(lǐng)導下，這項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。軟骨在每一步都會吸收大量的力量——通常是你體重的2到3倍。
然而，軟骨的自愈和自修復能力也非常有限。杜克大學機械工程和材料科學教授加爾說，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、不損傷附近細胞的特點，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。杜克大學化學教授威利說，“我們著手制造第一種具有軟骨機械特性的水凝膠?！?
這種新型水凝膠由兩個相互纏繞的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成：一個由可拉伸的面條狀線制成，另一個由剛性的籃狀結(jié)構(gòu)制成，并沿其長度方向帶有負電荷。用這些第三組分纖維素纖維網(wǎng)增強。
當凝膠被拉伸時，纖維素纖維可以拉伸并幫助將材料固定在一起。當它被擠壓時，沿著剛性聚合物鏈的負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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