AHM | TOMID宋剑张超课题组联合广东省人民医院和深圳市医疗器械检测中心在人工韧带领域发表论文

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）损伤是膝关节损伤最常见的形式之一。通过外科手术植入人工韧带重建ACL功能，是临床治疗ACL重度损伤的主要手段之一。良好的力学和摩擦学性能是人工韧带在体可靠服役的保证。但对于临床应用最为广泛的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）编织型人工韧带，其力学与摩擦学性能仍不尽理想。

针对此问题，近日中山大学宋剑、张超课题组提出了一种“刚柔并济（carrot and stick）”人工韧带制备策略。通过在常规PET人工韧带织构中引入力学强度更高、耐摩擦性更强的刚性PET纤维，在不牺牲力学强度与生物相容性的前提下显著降低了人工韧带支架外表面的摩擦系数、限制了人工韧带的蠕变行为；进一步地，通过热处理调控PET纤维的软化程度，实现了刚性纤维对柔性纤维的保护、有效减少了织构的整体损伤。

“刚柔并济”制备策略

在这项工作中，作者采用了两种纤维进行人工韧带样品的编织。一种是常规人工韧带编织中使用的PET复丝，柔韧但强度较低，作者称其为“carrot”——即“C fiber”；另一种是直径较粗、线密度更高的PET单丝，刚度大、强度高但韧性较低，作者称其为“stick”——即“S fiber”。通过调整两种纤维的编组、布局和数量比得到不同样品，并进行了一系列材料测试。在动态力学疲劳测试中，发现S fiber的加入能够有效增强样品整体的抗蠕变性能，这有利于临床实现长期等长重建；同时，具备S fiber的样品中，C fiber未观察到疲劳条纹，提示S fiber在动态力学环境中承担主要载荷。在摩擦性能测试中，S fiber的加入有效降低了样品的摩擦系数（COF）；同时，注意到热处理能够减小摩擦学测试结果的组内差异，且磨屑主要成分为C fibers，提示S fiber在摩擦学行为中并无磨屑产生。从不同样品摩擦试验后的表面形貌可看出，随着S fiber的加入，C fiber表面的磨损程度逐渐降低；对于同一样品，S fiber对C fiber的保护作用随热处理时间延长而愈发显著。这一“刚柔并济”的人工韧带制备策略简单易行，有助于补足编织型PET人工韧带的使用短板，具备广阔的应用前景。

S纤维的加入使得人工韧带的摩擦系数有效降低

相关工作以“Towards the Improvement of the Mechanical and Tribological Properties of Braided Ligament for ACL Reconstruction: A ‘Carrot and Stick’ Strategy”为题，发表在《Advanced Healthcare Materials》。中山大学博士生李昇霖和深圳市医疗器械检测中心王书晗高级工程师为论文共同第一作者，中山大学宋剑副教授、中山大学张超教授、广东省人民医院李曾博士为论文通讯作者，论文作者还包括中山大学王佳力副教授、研究生邵佳升、本科生陈霖鑫和深圳市医疗器械检测中心刘文亮副院长。中山大学生物医学工程学院为论文第一单位。本研究得到了深圳市优秀科技创新人才培养项目（RCBS20210706092410021）、中央高校基本科研业务费（23qnpy104）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515010469）、广州市科技计划项目（202201011477）和光合基金B （202302024219）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202304133

供稿：李昇霖

终审：宋剑