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原文发表于 《科技导报》2026年第1期科技新闻-卓越亮点
摩擦“锻造”人工关节的蛋白质保护层
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膝关节置换术(图片来源:器械中国网)
人工关节植入物的长期服役,始终面临体内磨损与腐蚀的严峻挑战。金属关节表面在服役中形成有效的富碳摩擦膜,能显著提高固体润滑效果,减少腐蚀离子的产生,被认为是人工关节植入体能够长期服役的重要条件。目前,科学界虽普遍认同此膜层源于体内蛋白质的摩擦,但对其具体形成过程与机制一直缺乏清晰认知。
针对这一难题,北京科技大学岩雨团队运用原子力显微镜原位摩擦技术,对吸附于金属关节材料表面的蛋白质层施加精确可控的剪切应力。通过调控接触条件,并结合多维度分析技术,研究团队系统揭示了在单纯剪切力驱动下,蛋白质分子如何一步步演变为保护性碳质结构的完整路径。
结果表明,持续的摩擦力如同精密的“分子锻压”,驱动吸附的蛋白质分子发生一系列定向演变:其结构首先发生解折叠,随后肽链发生断裂,并进行脱氢、脱硫等反应。这一“摩擦诱导转化”过程,最终将原本的蛋白质重构为具有低粘附性和高模量的碳质结构。该结构能有效降低摩擦阻力,抑制有害的粘滑现象,从而发挥出卓越的润滑与保护功能。
基于此机制,未来研究人员可通过表面微纳织构设计或特定化学改性,主动引导和优化植入物在人体内形成高性能的摩擦保护膜,从而有望大幅提升人工关节的耐磨蚀性能,为数百万关节疾病患者带来更长久的健康保障。
(来源于中国科技期刊卓越行动计划入选期刊
Friction,2025,13(12):9441073)
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