实验室制造的软骨替代品“比真软骨更好”

据发明者介绍，一种新型凝胶软骨替代品比真软骨更坚固、更耐用。

这种水凝胶由北卡罗来纳州的杜克大学开发，是一种由吸水聚合物制成的材料。据报道，这种水凝胶可以用比天然软骨更大的力量按压和拉伸，而且抗磨损性是天然软骨的三倍。

膝关节疼痛通常来自软骨的渐进性磨损和撕裂，称为骨关节炎，影响近六分之一的成年人(8.67亿人)在全球范围内。对于那些不想更换整个膝关节的人来说，水凝胶可以提供一种持久的选择。

北卡罗来纳州的一家公司目前正在开发这种材料制成的植入物斯巴达生物医学，将在绵羊身上进行试验。研究人员计划明年开始人体临床试验。

他表示:“如果一切按计划进行，最早将于2023年4月开始临床试验。本杰明·威利他与机械工程和材料科学教授一起领导了这项研究肯胆．

为了制造这种材料，杜克大学的研究小组将纤维素纤维薄片注入一种名为聚乙烯醇的水溶性合成聚合物，使其形成凝胶。

Wiley说，纤维素纤维就像天然软骨中的胶原纤维一样，在拉伸时赋予凝胶强度。聚乙烯醇可以帮助它恢复原来的形状。由于60%的含水量，产生的材料是果冻状的，柔软而坚固。

天然软骨在达到断裂点之前，可以承受每英寸5800 - 8500磅的剧烈拉扯和压缩。研究人员说，实验室制造的水凝胶是第一种可以处理更多数据的水凝胶。它在拉力方面比天然软骨强26%——相当于能把七架三角钢琴悬挂在一个钥匙扣上——在压缩方面比天然软骨强66%——相当于在邮票面积上承受一辆停放的汽车的重量。

威利说:“就水凝胶的强度而言，它真的超出了图表。”

在过去，研究人员试图制造更强的水凝胶时，使用冻融过程在凝胶中产生晶体，这种晶体可以驱除水分，帮助聚合物链保持在一起。研究人员没有冻结和解冻水凝胶，而是使用了一种称为退火的热处理来诱导更多的晶体在聚合物网络中形成。

通过增加晶体含量，研究人员能够生产出一种凝胶，与冻融方法相比，它可以承受5倍的拉力压力和近两倍的压缩压力。

威利说，人造软骨制成的植入物对于面临全膝关节置换术的人来说可能是一个“巨大的变化”，特别是对于那些希望避免因最终需要更换的设备而进行大手术的年轻患者。

这项工作得到了斯巴达生物医学和杜克大学共享材料仪器设施的部分支持。威利和加尔是斯巴达生物医药的股东。

这项研究被刊登在先进功能材料．

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