新型生物复合材料:人造软骨,由胶原蛋白制成

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生产与软骨和肌腱性能相匹配的生物材料,直是科学家们难以实现的目标,康奈尔大学创造的一种新材料展示了一种模仿自然组织的新方法。


研究结果发表在7月8日的《科学》杂志上美国国家科学院学报,并提供了一种合成受损组织临床解决方案的新策略。


组织必须足够柔软,能够弯曲和伸缩,但又足够耐用,能够承受长时间的负荷.例如,膝盖肌腱必须支撑的重量。当组织磨损或受损时,胶原水凝胶和合成材料有潜力充当替代品,但没有一种单独拥有天然组织的生物和机械特性的正确组合。


现在,康奈尔大学的研究人员已经设计出一种生物混合复合材料,具有自然组织的基本特征。这种材料由两种主要成分组成:胶原蛋白,赋予材料柔软性和生物相容性,以及一种合成的两性离子水凝胶,其中含有带正电和负电的分子基团。


这些电荷基团与胶原蛋白中带负电和带正电的基团相互作用,这种相互作用使材料能够消耗能量并达到高水平的韧性。



生物混合复合材料接近关节软骨和其他生物组织的性能,其弹性比两性离子材料本身高40%,断裂能(耐久性的一种衡量标准)是其11倍。

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尼古拉·布克拉斯Sibley机械和航空航天工程学院的助理教授兼该研究的共同主要作者表示,这种材料的生物相容性意味着它可以招募细胞并使它们存活。


最终,将创造出一种用于再生医学目的的东西,比如一种可以承受一些初始负荷直到组织完全再生的支架,有了这种材料,可以3D打印出多孔支架,其中的细胞最终可以在支架周围制造出真正的组织。



一旦两种成分混合,生物混合材料就会自我组装,产生“与天然软骨中相同的胶原蛋白互连网络,否则将极难生产。


这项研究由来自三个不同部门的四个研究实验室联合进行,这要感谢康奈尔材料研究中心。生物混合复合材料中使用的胶原蛋白已经在Bonassar的实验室中进行了开发。


这项研究的作者正在继续研究这种材料及其合成背后的分子过程。这种材料非常适合他的实验室首创了生物打印作者已经开始尝试将它用作3D打印材料。


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