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人造软骨比真实的软件表现更好

点击量:   时间:2019-02-06 06:11:03

作者:Colin Barras覆盖长骨末端的光滑软骨提供了一定程度的润滑,人工替代品无法与之竞争 - 直到现在研究人员表示,他们的“分子刷”润滑层可以在关节内遇到的最高压力下超越自然,对关节置换手术具有潜在的重要意义随着我们采取的每一步,膝盖和臀部的骨头相互摩擦如果它不是由覆盖其末端的厚光滑且光滑的软骨所提供的保护,那么它会很快磨损掉它们没有多少抛光可以去除人造关节中使用的不锈钢的所有小缺陷以色列雷霍沃特的Weizmann科学研究所的Jacob Klein解释说,任何凸起的区域都会相互磨碎并释放出软化骨骼的碎屑颗粒像骨一样,人造关节必须覆盖软骨样层然而,虽然可以在低压下匹配软骨的光滑特性,但在接头处发现的高压下,合成替代品会“抓住”现在Klein发现了一种可能的解决方案他与英国的同事一起开发了分子刷,它们的摩擦系数与软骨的摩擦系数相互滑动在某些方面,它们表现得更好:即使在7.5兆帕斯卡的压力下,刷子仍然非常有效软骨只能达到大约5兆帕斯卡 - 这是一个自然极限,因为关节压力很少超过这个水平每根60纳米长的刷丝都有一个聚合物主链,小分子基团从中伸出 Klein表示,这些合成基团与细胞膜中发现的脂质非常相似 - 尽管它们总体上是中性的,但它们的一端是正电荷而另一端是负电荷在水环境中,这些分子中的每一个都通过静电力吸引多达25个水分子,因此细丝整体形成光滑的水鞘这些护套确保刷子在彼此摩擦时被润滑,即使在牢固地压在一起以模仿骨关节处的压力时也是如此六年前,Klein的团队生产了一组类似的分子刷,但这些刷子之间的摩擦力在仅为0.3兆帕斯卡的压力下急剧增加新的刷子效果更好,因为它们的细丝吸引更多的水,使它们更厚然而,另一个原因是性能的巨大提升上一代刷丝被共用的防水性能与下面的人造关节表面 - 这些模拟中的一块矿物云母 - 进行了微弱的锚定当两个云母片在压力下彼此摩擦时,细丝简单地从云母表面撕开并且它们的润滑性能丧失在最新的实验中,云母首先涂有化学物质以促进聚合物生长然后,团队可以直接从云母表面生长长丝,每个长丝与表面形成强烈的共价键,不太可能被剪切掉巴尔的摩约翰霍普金斯大学的工程和整形外科教授Jennifer Elisseeff没有参与这项研究,他说新材料是联合润滑研究的“重要一步”北卡罗来纳州杜克大学整形外科教授Farshid Guilak对此表示赞同 “令人兴奋的是,人造聚合物刷可以设计成提供如此低的摩擦性能,”他说然而,Elisseeff和Guilak都想知道画笔在现实世界中的表现如何 Guilak指出,Teflon最初用于接头,由于其低摩擦性能,但被证明是一种“灾难”,因为它迅速磨损,留下了破坏骨头的碎片克莱因回应说,东京大学的川口博士团队已将早期的刷子形式移植到塑料 - 金属接头上,并在髋关节模拟器中进行测试 “大大减少了[塑料]的磨损,”Klein说他补充说,目前还不清楚何时可以在临床环境中使用新刷子期刊参考:科学(DOI:10.1126 / science.11​​69399)关于这些主题的更多信息: