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Small轴承启发的超润滑可注射水凝胶微球治疗骨关节炎

发布日期:2021-03-17 来源: 澳维诺氨糖


在工业机械制造领域,轴承发挥着至关重要的作用,它可以有效减少机械运转中因过度摩擦带来的能量损耗和机械部件磨损,从而提高机械运转效率和使用寿命。其中球轴承通过将机械运行的滑动摩擦转化成滚动摩擦,从而实现机械的高效、低摩擦运转。鉴于滚珠和滑槽面的接触面积很小(椭圆形接触),滚珠在运行过程中的接触部位具有极高的压力1-4Gpa),极易引起滚珠破坏。因此滚珠与滑槽面接触部位的润滑对于维持滚珠结构稳定和球轴承长期高效低摩运转至关重要。这类椭圆形接触面的润滑称为弹性流体动力润滑,包括边界、混合和全膜润滑。受球轴承润滑原理启发,上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授、徐向阳教授和清华大学张洪玉研究员开发了一种兼具超级润滑和长效释药性能的新型高效生物润滑剂,用于治疗骨关节炎。相关结果发表在Small(DOI:10.1002/smll.202004519)上。(欢迎致力于组织修复重建的生物、材料、药剂、化学等各交叉专业博士后加盟该团队)与硬物质相比,软物质(如水凝胶)可以减少相对运动表面间的摩擦,从而增强润滑性能。水凝胶兼具固体和液体的双重特性,适合用作生物润滑剂和局部药物递送载体。与块状水凝胶相比,水凝胶微球在水溶液中具有更好的分散性,更大的比表面积和更快的响应性,具有作为高效润滑剂的巨大潜力。球轴承装置中的滚珠是分散和大小均一的,这有助于减小摩擦。相反,滚珠的聚集会增加摩擦并削减球轴承的性能。同样的,生物润滑剂的润滑效果在很大程度上受到颗粒性质(例如尺寸和分散性)的影响,而颗粒的聚集会减弱其润滑是润滑性能。基于微流控技术制作的水凝胶微球具有尺寸可控、高度分散和大小均一的特性,为制备高性能生物润滑剂提供了一种很好的技术手段。在本研究中,受球轴承独特结构的启发,使用微流体技术制作了尺寸均匀的单分散微球(MGSs),然后将pSBMA刷接枝到MGS上,通过一步法形成超润滑的MGS(MGS@DMA-SBMA)。随后,将双氯芬酸钠(DS)封装到MGS@DMA-SBMA中,以制备载有药物的超润滑MGS(MGS@DMA-SBMA@DS),用于治疗骨关节炎。体外研究表明,MGS@DMA-SBMA@DS具有优异生物相容性,可以有效减少软骨细胞的变性,并且在大鼠DMM模型中对骨关节炎具有治疗作用。MGS@DMA-SBMA@DS具有出色的水合润滑性能和持续释放药物的能力,在治疗骨关节炎方面显示出巨大的潜力。该新型润滑剂还可以应用于其他多种生物系统(例如眼表,胸膜腔和内脏器官),其中润滑功能障碍会严重影响其正常功能。

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