「腳骨軟Q」將有新選擇!杜克大學發明可媲美人類軟骨的新凝膠

美國杜克大學的科學家發表了物理特性、強度、耐用度都十分接近軟骨的凝膠,它有 60% 含水量,但只要小小一片就能承受 45.4 公斤壺鈴擠壓!
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Photo Credit:Duke University
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人類的膝軟骨其實是一種相當神奇的物質,它一方面能支撐人的體重,卻又柔軟足以讓關節緩衝長達數十年,類似這種兼具柔軟跟支撐性,卻又無毒可以用在人體的材料,事實上相當難以用人工方式製造(現在的人工關節多採用耐磨塑膠墊片)。

但現在美國杜克大學的科學家發表了物理特性、強度、耐用度都十分接近軟骨的凝膠,它有 60% 含水量,但只要小小一片就能承受 100 磅壺鈴擠壓(約 45.4 公斤如題圖)而不會撕裂或變形,杜克大學學者 Ben Wiley、Ken Gall 希望這項研究可以早日實際用在幫助膝關節病患。

事實上,人體自我修復軟骨的能力並沒有想像中強,許多長輩膝蓋疼痛會被困擾就是因為軟骨磨損,大多只能依靠事前的運動、飲食保養跟定期健康檢查來延緩關節退化;一旦膝蓋出嚴重問題,目前的主流治療法就是植入以金屬跟耐磨塑膠墊片製造的人工關節。不過一般來說人工關節壽命只有十幾年,為了徹底解決人類膝軟骨問題,科學家不斷在實驗製造各種具有減震特性且無毒的材質,但一般來說它們的強度或耐用度都還太弱,不足以支撐人體。

但杜克大學的科學家使用三種材質打造了新型凝膠,他們首先把比較柔軟、展延度好的線狀聚合物跟另一種比較不柔軟但呈現籃狀的聚合物這兩種交織在一起,最後再用網狀的纖維素纖維把兩種材料包覆起來。當凝膠整體被拉撐時,第三種聚合物可以保持凝膠完整不被拉壞,而在受到重量擠壓時,一號和二號聚合物會互相排斥並粘在水分子裡,因此可以恢復原始形狀。

在多達 100 萬次的摩擦實驗裡,這種新材質的耐磨性堪與人體軟骨相比,甚至是現在美國 FDA 核准的腳大拇指人造軟骨的 4 倍。

但縱使一開始的安全性測試表示這種材質對實驗室裡培養的細胞無害,不過主導研究的 Ben Wiley 說,接下來最起碼還要三年臨床實驗驗證對生物無毒,才有機會進入人體使用階段,團隊下一步準備為綿羊植入這種凝膠開始測試。

核稿編輯:李柏鋒



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