和天然软骨一样,人造软骨通过释放水分来承受压力,然后通过吸收水分来恢复。
图片来源:密歇根大学
在天然软骨中,蛋白质和其他生物分子的网络通过其腔内的水流而获得力量。来自水的压力重新配置了网络,使它变形而不被破坏。水在这个过程中被释放,而网络之后会通过吸收水来恢复。
这种机制使得关节能够承受较大的冲击,以对抗外来力量。例如膝盖,跑步过程中,在骨头之间的软骨上反复的施加力量,迫使水流出,使软骨变得更柔软。然后,当跑步者休息时,软骨会吸收水分,这样它就能再次抵抗压迫。
人造软骨具有同样的机制,在压力下释放水分,然后像海绵一样吸收水分。纳米纤维形成了材料的框架,而当材料暴露于拉伸或压缩时,在网络中的 PVA 会捕捉水分。即使是 92% 的水的版本也能与软骨相媲美,70% 的版本则达到了橡胶的弹性。
合成软骨基质的电子显微镜图像。图片来源:密歇根大学
由于这种混合材料不会对邻近的细胞造成伤害,Kotov 预计这种人造软骨在某些情况下,可以作为合适的植入物,比如膝盖的深处。他还想知道软骨细胞是否能够在这种合成网络内生长,以产生一种混合软骨。
研究人员觉得这种材料的潜在应用并不局限于软骨。他们期待混合材料在不同比例下所构建的类似网络,可能会同样适用于其他软组织。
参考资料:
[1] Kevlar-ba[x]sed artificial cartilagemimics the magic of the real thing
[2] High-Strength Artificial Cartilage Madefrom Kevlar