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​新型水凝胶在膝关节置换术中的作用可与真正的软骨相媲美

发表时间:2020-07-10
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据外媒报道,软骨在膝盖中发挥着至关重要的作用,但不幸的是,一旦软骨受损或磨损,就很难修复,通常需要更换。现在,杜克大学的研究人员创造了一种新的水凝胶,它的强度足以和天然软骨一样。

膝盖是人体的主要受力点,所以那里的软骨必须足够强壮,能够支撑人的体重,但又要足够柔软,能够缓冲每一步的强烈力量。但是当这些有用的东西受伤,或者是经过几十年的不断使用而磨损,就不会有很好的效果。有时候,唯一能做的就是全膝关节置换术,但这些永远都没有原来的好。

长期以来,人们一直在研究水凝胶作为软骨替代材料的潜力。这是一类多功能材料,顾名思义,是一种主要由水组成的凝胶。它们越来越多地被用于医疗领域,如帮助伤口愈合、止血,甚至刺激组织再生。

虽然有望作为膝盖软骨的替代品,但水凝胶大多太过脆弱,无法支撑这么大的重量。但现在,杜克大学的研究人员声称已经创造了一种新版本的材料,具有软骨的机械性能。新的水凝胶是由几根聚合物链的网状物,编织在一起组成的。其中一个网络由具有弹性的股组成,而第二个网络则更加刚性,其股带负电荷。第三个网络包含纤维素纤维以加强结构。

这三个网络共同赋予了水凝胶在被拉伸或挤压后能恢复到原来形状的能力。纤维素纤维对第一点有帮助,因为它们能抵抗被拉扯,防止材料撕裂。同时,刚性的聚合物网络对挤压力起到反作用,因为带负电荷的股线相互排斥。

“只有这三种成分的组合才是既柔又刚,因此很强。”该研究的共同作者杨飞晨说。在测试中,该团队展示了新型水凝胶的能力。一个硬币大小的水凝胶盘能够承受100磅(45公斤)的壶铃重量,而不会撕裂或失去形状。它被拉伸了100,000次,并发现它与目前用于骨植入物的多孔钛一样坚固。这甚至比团队预期的还要强。最后,它还与天然软骨样本摩擦了100万次,发现它的耐磨性和真正的东西一样,比现有的合成软骨的耐磨性高4倍。

研究小组表示,新的水凝胶显示出有希望作为膝盖受损软骨的替代品,但这种临床用途最早还需要几年时间。同时,研究人员下一步计划设计一种可以在羊身上测试的植入物。

该研究发表在《先进功能材料》杂志上。



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