基于凱芙拉納米纖維的人造軟骨問世

基于凱芙拉納米纖維的人造軟骨問世

雖然水凝膠被視為天然軟組織的潛在替代材料，但由于其過于柔軟和脆弱，難以實現與關節軟骨相似的力學行為。近日，由密歇根大學Nicholas Kotov教授和徐立之博士領導的研究小組和江南大學胥傳來教授等合作發明了一種基于凱芙拉納米纖維(ANF)和聚乙烯醇（PVA）的仿生水凝膠。該材料模仿了天然軟組織中膠原蛋白纖維-蛋白聚糖的網絡結構以及納米材料間相互作用，使其具有與關節軟骨相似甚至更高的水含量和力學性質。在含有70%～92%水份的同時，其拉伸模量、斷裂伸長率、壓縮強度分別可達9.1MPa、325%、26MPa。其斷裂韌性甚至高達9200J/m2，相當于關節軟骨的10倍。

由于ANF和PVA之間的氫鍵作用，這種納米纖維網絡可以在應力的作用下重構，在承受宏觀變形的同時，實現有效的載荷傳遞和能量耗散。該材料在微觀尺度上重現了天然生物結構材料中特有的基于剛性-柔性組元間相互作用的力學設計。這種巧妙的設計使得ANF-PVA水凝膠與珍珠母、軟骨、韌帶、肌腱等天然材料相似，實現了高剛度和高韌性的完美結合。

在具有優越力學性能的同時，ANF-PVA的多孔網絡結構有利于物質輸運，使其在生物組織工程、電化學能源技術、環境工程等領域有著廣泛的應用前景。ANF-PVA水凝膠還具有良好的生物相容性，有望應用于下一代可植入生物醫學器件以及其他技術中。

（摘編自高分子科學前沿）