【色母粒产业网】5月21日消息，关节软骨润滑功能衰退如同机械零件失去润滑油，将加速软骨磨损并引发骨关节炎，严重影响患者行动能力。长期以来，医学与材料科学领域致力于研发模拟天然关节润滑的材料，近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室在这一领域取得突破性进展——团队成功制备出兼具高机械强度与优异润滑性的PVA/CS(聚乙烯醇/壳聚糖)水凝胶，相关成果发表于《先进功能材料》。
水凝胶因其类软骨的柔软特性与生物相容性，被视为理想的关节替代材料，但传统水凝胶在长期承受外力时易出现力学性能衰减、润滑失效等问题，限制了其在高负荷场景下的应用。针对这一技术瓶颈，研究团队创新提出“低熵纳米晶域网络调控”策略，通过精准调控水凝胶内部高熵非晶态与低熵晶态结构的比例，构建出兼具机械鲁棒性与润滑持久性的新型材料。
据色母粒产业网了解，该策略的突破性在于将微观结构调控与宏观性能优化深度结合。研究团队将高熵非晶态结构比作“无序散兵”，而低熵晶态结构则类比为“整齐方阵”，通过分子间相互作用设计与能量状态调控，使水凝胶内部形成“刚柔并济”的纳米晶域网络。这种结构既保证了材料在受力时的能量耗散能力，又维持了润滑界面的稳定性，从而实现了机械强度与润滑性能的协同提升。
实验数据显示，优化后的PVA/CS水凝胶断裂强度达7.7-17.5 MPa，弹性模量为8.6-10.6 MPa，韧性高达8.8-62.1 MJ m?3，压痕硬度为10.4-21.7 MPa，同时摩擦系数低至0.026且润滑持久性优异。在模拟人体承重环境的测试中，该水凝胶展现出卓越的耐磨性，尤其在人工髋关节应用场景中，其润滑性能接近天然软骨水平，为开发下一代高性能人工关节润滑材料提供了技术范式。
这一成果不仅攻克了传统水凝胶在高负载条件下易破裂或变形的行业难题，更为关节修复与生物润滑领域开辟了新路径。随着材料性能的进一步验证与临床转化推进，未来或可显著改善骨关节炎等患者的治疗选择，推动生物医用材料向“仿生-功能一体化”方向加速发展。
