关节软骨润滑功能下降，就像机器零件缺乏润滑油一样，会引发软骨退化、磨损，进而诱发骨关节炎等疾病，严重影响患者的生活质量。开发能模拟天然关节润滑的材料和技术，一直是医学界和材料科学领域的重要课题。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获得了具有低熵聚合物链态和高结晶度的PVA/CS（聚乙烯醇/壳聚糖）水凝胶。经过水化处理后，这种水凝胶材料具备了高机械强度和优异润滑性。相关论文发表于《先进功能材料》。

水凝胶因其柔软湿滑且生物相容性良好，被视为理想的软骨替代材料。但传统水凝胶在承受外部机械应力和长时间使用时，存在力学强度不足、润滑性和耐磨性差等问题，难以在高负荷和极端条件下广泛应用，这成为了关节修复和生物润滑领域亟待解决的难题。

针对这些挑战，研究团队创新性地提出了低熵纳米晶域网络调控策略。简单来说，物质微观结构中存在高熵非晶态和低熵晶态两种结构。高熵非晶态结构就像是一群杂乱无章的“小分子士兵”，排列毫无规律可言；而低熵晶态结构则好似训练有素、整齐排列的“精锐部队”，有着特定的队形和规则。

团队通过精准调节这两种结构在水凝胶中的比例，巧妙地构建出了具有机械鲁棒性的润滑水凝胶。这就好比一位技艺高超的指挥官，通过对不同类型“士兵”数量的合理调配，打造出了一支战斗力超强的“水凝胶战队”。这种调控并非简单的数量增减，而是涉及到分子间相互作用、能量状态以及相变过程等多个层面的复杂变化。

经过优化后的水凝胶性能卓越。在机械性能方面，它具有出色的强度和韧性，能够有效承受较大的外力而不破裂或变形，解决了传统水凝胶在高负载条件下易出现的问题。在润滑性能上，该水凝胶表现出色，其摩擦系数极低，且具有长期稳定的润滑性能，能够像天然软骨一样实现高承载、低摩擦和耐磨。

经测试，调控优化的水凝胶断裂强度为7.7 - 17.5 MPa、弹性模量为8.6 - 10.6 MPa、韧性为8.8 - 62.1 MJ m?3、压痕硬度为10.4 - 21.7 MPa，同时摩擦系数可低至0.026，且润滑持久性良好，真正实现了水凝胶在机械强度和润滑性能上的双重提升，解决了传统水凝胶在高负载条件下易破裂或变形的问题。

此外，研究还展示了PVA/CS水凝胶在模拟人体承重组织中优异的耐磨性，特别是在人工髋关节中的应用前景，为高性能人工关节润滑材料的研发提供了新思路。这一成果为关节修复和生物润滑领域带来了新的希望，有望让更多关节疾病患者受益。

相关论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202508450

低熵纳米晶域网络构建的机械鲁棒性润滑水凝胶。兰州化物所供图。

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