關節疼痛是一種常見的衰老疾病，因為軟骨容易磨損。現在，杜克大學的研究人員開發了一種新的水凝膠，它比真實的軟骨更強、更耐用，這可以使膝關節植入物更持久。

天然軟骨在緩衝關節方面發揮著重要作用，但不幸的是，它在因年齡或受傷而受損後並不能很好地自我再生。目前的治療方案通常僅限於止痛藥、物理治療，或者如果事情發展得太遠，需要進行全膝關節重建。但如果杜克大學團隊的新工作得到證實，一個更好的選擇可能很快就會出現。

柔軟而有彈性的水凝膠已被研究為潛在的軟骨替代材料，但它們中的大多數都太弱了，無法支撐很多重量。2020年，杜克大學團隊創造了一種水凝膠，其特性與天然軟骨一樣好–現在他們已經開發出了一個超越真實事物的版本。

新的水凝膠是由纖維素纖維組成的，纖維素纖維使材料在被拉伸時很結實，並註入了聚乙烯醇，幫助它恢復到原來的形狀。該團隊還對其製造方法進行了調整–他們沒有像大多數水凝膠那樣對其進行冷凍和解凍，而是像玻璃一樣對其進行了退火處理，這引發了聚合物網絡中更多晶體的形成。

最終的結果是水凝膠的拉伸強度（承受拉伸）為51MPa，壓縮強度（承受壓力）為98MPa。該團隊說，這比天然軟骨的抗拉強度高26%，抗壓強度高66%。它也是其他通過冷凍和解凍製成的水凝膠的抗拉強度的五倍和抗壓強度的兩倍。

在其他測試中，該團隊使用一台機器將他們的人造軟骨與天然軟骨摩擦一百萬次，壓力類似於行走時膝蓋上的壓力。而且，事實證明，人工版本的軟骨比天然軟骨的耐磨損程度高三倍。

水凝膠在歷史上很難固定在膝關節的骨頭上，因此該團隊還試驗了一種可植入的設備來解決這個問題。水凝膠被粘合併夾在一個鈦合金底座上，然後將其連接到受損軟骨留下的一個孔中。這擁有2MPa的剪切強度，比天然軟骨對骨骼的把握強68%。

該團隊表示，由這種材料製成的植入物目前正在羊身上進行測試，最快將於2023年4月進行人體臨床試驗。

該研究發表在《先進功能材料》雜誌上。