Хрящ

May 16, 2023

Любой, кто страдает артритом, знает, что хрящ играет жизненно важную роль в обеспечении свободы движения наших суставов. Ученые теперь воспроизвели его свойства в синтетическом самосмазывающемся материале, который требует лишь периодического добавления воды.

Хрящ покрывает концы костей в суставах, таких как наши колени, позволяя им плавно двигаться относительно друг друга, не изнашивая костную ткань под ними. Он состоит из пористой матрицы из коллагеновых волокон, белков протеогликана и белковых волокон эластина. Эта матрица поглощает вязкую жидкость, известную как синовиальная жидкость, которая вырабатывается в суставах.

По мере движения сустава соприкасающиеся поверхности хряща постепенно выделяют эту жидкость, обеспечивая смазку. В то же время поглощенная жидкость также помогает хрящу противостоять необратимой деформации под действием сжимающих сил благодаря гидроэластичному эффекту. И хотя исследователи ранее пытались создать искусственный хрящ, они обычно использовали мягкие гидрогели, которые не выдерживают таких сил.

Ученые из этого учреждения и Имперского колледжа Лондона под руководством доктора Сиаваша Солтанахмади из Университета Лидса избрали другой подход. Они по-прежнему используют гидрогель, который может поглощать и выделять смазку – в данном случае воду – но этот гель содержится внутри пористой поддерживающей матрицы из полимера на основе силикона, называемого полидиметилсилоксан (ПДМС).

Когда гидрогель/полимерный материал подвергается сжимающему усилию, полимер позволяет смазочному гелю выдерживать в 14–19 раз большую силу, чем он мог бы сам по себе. Фактически модуль упругости материала близок к модулю упругости натурального хряща.

«Теперь мы разработали материал для инженерных целей, который имитирует некоторые из наиболее важных свойств хряща, и это стало возможным только потому, что мы нашли способ имитировать то, как это делает природа», — говорит Солтанахмади. «В машиностроении существует множество применений синтетического материала, который мягок, но может выдерживать большие нагрузки с минимальным износом, например, в подшипниках».

Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Applied Polymer Materials.

Источник: Университет Лидса.