凯夫拉，防弹背心的成分，用来发展人工软骨

科学家们用凯夫拉--一种用于制造防弹背心的材料--开发了一种人造软骨，这种软骨可以承受体内的力量而不会受损。人体中的软骨，约占水的80%，可以承受我们身体中一些最坚韧的力量。

领导这项研究的美国密歇根大学教授尼古拉斯·科托夫说：“我们知道我们主要由水组成--所有生命都有--但我们的身体有很大的结构稳定性。”“理解软骨就是理解生命形式如何将有时不可想象的属性结合在一起，”Kotov说。

许多关节损伤的人将受益于良好的软骨替代品，如美国85万名接受手术切除或更换膝关节软骨的患者。虽然其他各种合成软骨已经在进行临床试验，但这些材料分为两个阵营，在软骨属性之间做出选择，无法实现强度和含水量的不太可能的结合。

Kotov说，其他模拟软骨物理特性的合成材料不含有足够的水分来运输细胞茁壮成长所需的营养物质。与此同时，水凝胶--将水结合到一个由长而灵活的分子组成的网络中--可以设计出足够的水来支持软骨细胞的生长，从而构建自然软骨。

然而，这些水凝胶并不是特别强。它们在拉力下撕裂，只有软骨所能承受的一小部分。这种新的凯夫拉尔水凝胶通过将凯夫拉尔坚韧的纳米纤维网络--以制造防弹背心而闻名的“芳纶”纤维--与一种通常用于水凝胶软骨替代品的材料聚乙烯醇(pVA)结合起来，模拟了真正的软骨。

在天然软骨中，蛋白质和其他生物分子的网络通过抵抗水在其腔室之间的流动而获得强度。来自水的压力重新配置网络，使其变形而不破裂。水在过程中被释放，网络通过稍后吸收水而恢复。

这种机制使高冲击力的关节，如膝盖，能够承受惩罚力。跑步重复地划伤了骨头之间的软骨，迫使水分排出，从而使软骨更加柔韧。然后，当跑步者休息时，软骨吸收水分，从而再次提供强大的抗压能力。

合成软骨具有相同的机制，在压力下释放水分，然后通过像海绵一样吸收水分来恢复。芳纶纳米纤维构建了材料的框架，而当材料暴露于拉伸或压缩时，pVA将水捕获到网络中。

即使是92%水的材料版本在强度上与软骨相当，70%的版本实现了橡胶的弹性。由于芳纶纳米纤维和聚乙烯醇不会伤害邻近的细胞，Kotov预计合成软骨可能是一种适合于某些情况下的植入物，如膝盖的较深部分。

该材料的潜在应用并不局限于软骨。研究人员说，类似的网络，含有不同比例的芳纶纳米纤维、pVA和水，可能能够代替其他软组织。