通过梯度应力耗散和梳状聚合物结构，在人工软骨水凝胶中实现优异的超润滑性能

《Advanced Functional Materials》：Robust Superlubricity in Artificial Cartilage Hydrogels via Gradient Stress Dissipation and Comb-Like Polymer Structures

人工软骨水凝胶（ACH）通过模仿关节软骨结构，采用孔隙表面和超亲水性分子设计，提升负荷能力与润滑性能，摩擦系数低至0.0028并保持稳定。

　　

摘要

水凝胶因其亲水性、高含水量、生物相容性和润滑性能而成为替代关节软骨的最有前景的材料之一。尽管对这些水凝胶进行了大量研究，但开发出具有高承载能力、低摩擦、优异润滑性能和耐磨性的仿生材料仍然具有挑战性。受关节软骨独特结构的启发，研究人员开发出一种人工软骨水凝胶（ACH），其在结构、机制和性能上均与天然关节软骨相似。该材料具有多孔表面结构，类似于关节软骨的多孔软表面，在承重条件下能有效降低摩擦。此外，类似软骨表面聚集蛋白结构的超亲水分子在这些多孔结构中生长，使表面能够牢固地结合水分子，从而显著提高其承载能力和弹性。从表面到中间再到深层，交联密度逐渐增加，这与关节软骨中胶原纤维的分布类似，有助于减轻应力。采用这种设计策略制备的水凝胶表现出高承载能力和极低的摩擦系数（在20牛顿载荷下，36000次循环后的摩擦系数约为0.0028），并且在不同载荷下仍保持稳定的超润滑性能。这种水凝胶材料的设计方法为开发仿生软骨替代材料提供了一种新的策略。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。