兰州化物所仿生润滑研究取得进展

　　颗粒在线讯：天然关节软骨由于渗透性的表面润滑生物大分子和良好的机械耐受性，显示出低摩擦、高承载和优异的抗磨损性能。然而，由于磨损、疾病及外伤等因素的影响，关节软骨会受到一定的损坏。水凝胶表面摩擦力低、生物相容性良好，被认为是天然软骨的潜在替代材料。然而，传统的水凝胶材料机械性能较差，受压剪切过程易发生弹性变性（特别是在球-面接触工况下），即缺乏有效的力学网络支撑结构和能量耗散途径，限制了其工程应用。

　　受天然关节软骨优异的机械力学性能和表面水合润滑机制启发（图1），中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员周峰团队开发出一种兼具力学承载和润滑功能的复合型仿生软骨润滑材料（Composite-LP），即通过溶胀引发聚合策略，将聚电解质刷层化学接枝到3D打印的弹性体支架-水凝胶复合体亚表面，上层的聚电解质刷-弹性体-水凝胶复合相提供有效的水润滑特性，底部的弹性体支架-水凝胶复合相起机械承载功能。

　　机械性能表征表明，Composite-LP表现出良好的力学性能，如弹性恢复、抗蠕变、抗疲劳及抗冲击性等（图2、3），这是由于三维弹性支架可以分散应力并储存施加在样品上的弹性能量。这种非耗散性机制没有利用牺牲网络或断裂键来耗散能量。此外，将非耗散机制和界面润滑策略相结合，不仅大幅度降低了凝胶相的机械变形，而且使Composite-LP在动态剪切过程中具有卓越的减摩功能和耐磨性。这种新的材料设计理念有望在仿生润滑领域得到应用（图4）。

　　相关研究成果以Bioinspired Design of a Cartilage-like Lubricated Composite with Mechanical Robustness为题，发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。研究工作得到国家自然科学基金重点项目、中科院战略性先导科技专项、山东省自然科学基金重大基础研究项目及兰州化物所等的支持。

图1.Composite-LP的制备工艺设计概念及原理图

图2.机械力学性能表征

图3.抗冲击性能示意图及演示

图4.摩擦学性能表征