关节软骨会随着年龄的增长、疾病、创伤等因素而发生损伤和退化，其自我修复能力极弱，如不及时治疗最终导致骨关节炎的发生，严重影响患者的生活质量。水凝胶作为一类典型的湿软材料，类似于生物软组织兼具固液两相性质，具有稳定的理化性能、天然软骨微观结构相似性、良好的生物相容性、可调的力学性能等，被认为是最有前景的关节软骨替代材料。但是，传统水凝胶的力学性能差，虽然高强度水凝胶的多种设计策略被开发，但是在循环载荷作用下发生不可逆的变形、疲劳甚至断裂。另一方面，增加水凝胶的机械强度提高其承载能力会导致表面的水化程度的降低，对摩擦系数产生负面影响。因此，在体外生理条件下，同时实现高承载、耐疲劳、低摩擦，是目前仿生关节软骨设计的一项重大挑战。

  近日，中国矿业大学材料与物理学院陈凯副教授/张德坤教授团队基于关节软骨结构和功能的启发，利用前期高强度、低摩擦的各向异性水凝胶研究的相关方法（Chemical Engineering Journal, 430, 133036），该团队逐层构建了底层垂直取向、表层水平取向的双层异构水凝胶（BH-CF/MMT），实现了高承载、低摩擦以及耐疲劳的优异性能（图1）。此外，基于物理融合以及氢键的相互作用，BH-CF/MMT水凝胶具有优异的界面结合性能，远远优于大多数软-硬、软-软结合界面（图2）。

 图5 BH-CF/MMT的滑动摩擦性能

  论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c13641