“糖”可以帮助修复人造关节

　　

   

   

图像:修复表面涂层和显微镜图像的图形表示，修复区域以绿色显示。

资料来源:Paul McGonigal博士和Chem公司

一项新的研究表明，一种含糖聚合物涂层有一天可以帮助修复因磨损而受损的人工关节植入物，比如髋关节置换物。

包括英国杜伦大学和约克大学以及中国清华大学在内的一个由化学家和工程师组成的国际团队，已经开发出一种可以轻松修复低摩擦表面的技术。

他们的灵感来自软骨润滑人类关节的方式，他们发现糖环可以帮助聚合物附着在表面并修复损伤。

他们的发现发表在《化学》杂志上，他们说他们的发现最终可以用于医疗植入物，以延长人工关节的寿命。

他们希望这种涂层最终也能用于减少机械系统中摩擦造成的能量浪费，使其更高效。

如果软骨受损，人体可以修复它，但人工表面通常不那么容易修复。

研究小组发现，如果他们创造的聚合物涂层在使用过程中从表面摩擦，那么其结构中的糖环可以让它很容易重新附着。

研究团队随后创造的涂层模仿软骨的工作方式来润滑人类关节。

软骨利用水使表面光滑，减少磨损。同样地，新涂层使一层水浮在表面，使其光滑，并在撞击或摩擦时保护表面。

资深作者、英国杜伦大学化学系副教授保罗·麦戈尼格尔博士说:“我们的含糖涂层为我们提供了一种吸引人的新方法，可以修补低摩擦表面的损伤。

“由于软骨不断修复和替换，我们体内的髋关节和膝关节经得起几十年的磨损。我们已经制作出了类似的工作方式，但与人工关节兼容的材料。

“我们涂层的成分具有生物相容性，这使得它们在医学上的应用前景令人兴奋。

“我们也可以设想开发一系列这些材料，在非常不同的环境中工作。避免和修复摩擦造成的损坏对于确保汽车和其他机械能够使用很长时间也同样重要。”

聚合物涂层有两个主要部分。首先，它有一个带正电荷和负电荷的长分子链，可以附着在水层上，产生类似于静电的效果。其次，在链的一端系上一个糖环。这个环通过与一种叫做金刚烷的特殊分子对接，将自己固定在表面上。

通过用这些金刚烷结构处理钛金属，研究人员发现聚合物涂层被表面吸引。薄弱的、非永久性的环节是修复过程的关键。

合著者孙玉龙博士是杜伦大学麦格尼格尔博士实验室的研究员，他与清华大学机械工程系博士生王益新和张宏宇教授一起研究了低摩擦表面。

孙博士说:“修复机制是制造经久耐用材料的关键。

“自然界的低摩擦材料在被损坏时可以再生，但到目前为止，我们还没有为人工系统提供良好的修复机制。为了应对这一挑战，我们需要化学家和工程师合作设计先进的涂层技术。”

研究人员补充说，目前这种类型的修复需要更多的聚合物涂层溶解在表面周围的水中，但他们相信，用不了多久，涂层就会得到改进，以避免这种额外材料的存在。

该研究的共同作者、约克大学多萝西·霍奇金研究员阿丽莎-詹妮弗·艾维斯卓博士说:“这是一种动态的、选择性的化学反应，看起来可能是消除机械磨损对关节和其他表面的负面影响的有效方法。”

“由于有针对性的分子识别技术，如果我们的保护涂层磨损了，它可以在不需要我们干预的情况下重新恢复。”