ACS AMI封面论文 | 中大宋剑/广东省医李曾/南航范聪泽：新型跖趾关节假体

界面磨损是关节假体失效的主要原因之一，如何提升界面润滑效果始终是人工关节研发的重要课题。目前，小型关节的增润减摩策略仍沿袭大型关节的传统范式。大型关节（如膝关节、髋关节等）承受载荷较大、因此假体常为金属制，其力学性能与骨、软骨组织差异较大并造成应力屏蔽。小型关节（如跖趾关节等）通常无需承载较大载荷，因此往往可采用更加灵活的材料设计策略。然而，目前针对小型关节的新型增润减摩策略仍鲜有报道。

针对这一问题，受到天然骨-软骨互锁结构的启发，TOMID宋剑课题组联合广东省人民医院李曾课题组、南京航空航天大学范聪泽课题组提出了一种原位包载透明质酸（HA）的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/聚醚醚酮（PEEK）互锁支架，以实现持续润滑、延长假体服役寿命。该材料策略中，PEEK支架如同软骨下骨、作为力学承载组分，UHMWPE和HA则如同软骨层、作为润滑组分。首先，UHMWPE粉末被压入3D打印的PEEK支架中，经由一次热压处理形成连续多孔结构；随后，将硅烷化改性的透明质酸渗透UHMWPE/PEEK支架，经由水解、交联实现透明质酸在孔隙中的固定；最后，经由二次热压实现致密化、完成UHMWPE/PEEK支架对透明质酸的原位包载。由此，HA不但在假体表面形成润滑层，更能弥散分布于材料基体内部。当假体材料表面发生磨损时，居于基体内部的HA会暴露于磨损界面、从而形成新的水化层，实现长效、持续润滑。相关理化表征表明，该策略能够显著提升UHMWPE的亲水性，促进水化层的形成；摩擦磨损试验表明，该策略在UHMWPE、Ti6Al4V、PEEK、ZrO₂等常用假体材料作为对摩擦副的情况下均能显著减小摩擦系数、降低磨损程度。此外，稳定形成的水化层还有助于降低细菌的粘附程度。体内、体外生物相容性实验均提示无显著生物毒性，同时该假体材料与骨组织能够实现良好张合、无显著纤维化过程。

相关工作以《Continuous Hyaluronic Acid Supply by a UHMWPE/PEEK Interlocking Scaffold for Metatarsophalangeal Joint Prosthesis Lubricating Applications》为题，作为封面文章发表于国际著名学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。TOMID2022级博士生李昇霖、2021级硕士生汤璐瑶为共同第一作者，宋剑副教授为最后通讯作者，广东省人民医院李曾博士、南京航空航天大学范聪泽副研究员为共同通讯作者，中山大学生物医学工程学院为第一通讯单位。本文作者还包括TOMID王佳力副教授、蒲建博士后。本研究得到了深圳市基础研究专项面上项目、广东省基础与应用基础研究基金联合基金、广州市科技计划项目等资助。

论文信息：Shenglin Li, Luyao Tang, Jian Pu, Jiali Wang, Congze Fan, Zeng Li, Jian Song, Continuous Hyaluronic Acid Supply by a UHMWPE/PEEK Interlocking Scaffold for Metatarsophalangeal Joint Prosthesis Lubricating Applications, ACS Applied Materials & Interfaces, 2025. https://doi.org/10.1021/acsami.4c19390

供稿：李昇霖

终审：宋剑