人工关节广泛应用于临床，但高摩擦与易磨损问题仍是研发难题。南通理工学院崔玲玲等团队提出“钛合金/水凝胶”复合润滑界面设计，借鉴自然仿生理念，有效缓解关节磨损。其中，金属离子交联的聚阴离子水凝胶作为核心材料，具备优异润滑性与耐磨性能，为人工关节打造更顺畅、长久、接近天然结构的运行环境提供了新路径。

为什么关节润滑那么难？

人体天然关节表面由软硬复合结构组成：软骨提供减震润滑，骨组织给予坚固支撑，关节腔内的糖胺聚糖（GAGs）和润滑素（Lubricin）等多阴离子润滑因子吸附水分，形成低摩擦润滑膜。人工关节若想延长寿命，必须模拟这种结构与功能。

传统金属关节虽结构稳固，但“硬对硬”接触导致摩擦高、磨损严重，易引发炎症和假体松动。将富含阴离子基团的水凝胶与金属基底紧密结合，并通过金属离子物理增强，成为解决软硬平衡的创新方案。

在此类仿生设计不断推进的同时，诸如中新康明等材料公司，已经能够提供水凝胶的定制合成与规模化制备服务，不仅在结构调控上灵活性强，也具备稳定的大批量生产能力，适配从实验验证到产品转化的各阶段需求。

聚阴离子水凝胶的仿生潜力

所谓“聚阴离子水凝胶”，即指主链或侧链上带有大量负电荷基团（如羧酸盐、磺酸盐等）的水凝胶网络。这类材料结构类似天然润滑因子，具有良好的亲水性、保水能力和润滑性能。而将其“交联”起来的金属离子（如Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺），则仿佛桥梁一般，将分散的水凝胶分子链组织成一个强健、黏附牢固的网络。

崔玲玲团队在研究中选用了PVA-PAA-PSPMK等聚合物体系，通过紫外光自由基聚合方法原位构建在钛合金多孔表面，再借助金属离子进行离子配位交联，形成一个兼具柔软与黏附强度的复合润滑层。

值得一提的是，在医药研发场景中，这类水凝胶还可作为药物修饰和药物包裹的载体材料。中新康明目前可提供针对小分子药物、蛋白质、多肽等的包裹系统设计与水凝胶包载释放行为调控，适用于控释递送、缓释贴片等多种应用。

金属离子的“精准调控”能力

在这些构建中，金属离子的选择至关重要。它们不仅影响水凝胶的网络密度、结构稳定性，还直接关系到其与金属基底的结合强度。

研究显示，Ca²⁺所构建的交联网络在力学性能、润滑性与长期稳定性方面均优于Al³⁺和Fe³⁺。这与Ca²⁺离子天然的双价结构、较大的半径和生物相容性密切相关。更重要的是，Ca²⁺能够与羧酸基形成较强的配位结构，而不过度牺牲水凝胶的柔软性，形成了“韧中带刚”的理想润滑界面。

在基于蛋白药物、抗体或多肽的递送系统研发中，中新康明还具备抗体偶联与水凝胶界面功能化的技术能力，能够通过特定功能团设计实现亲和力、缓释性与生物靶向性的协同优化。

医用界面材料的新路径

这项研究不仅提升了人工关节的润滑性能，更为多种医用界面材料设计提供了模板。在软硬交界处实现稳固且可控的功能耦合，是生物材料跨界融合的核心挑战。该金属离子交联聚阴离子水凝胶策略，适用于骨科植入物、软组织修复界面及微创医疗设备润滑涂层等多领域，展现广阔应用潜力。

同时，该技术启发了“离子工程”新方向，如调控离子种类与动态响应，实现自适应润滑及水凝胶自修复，为未来材料创新提供重要思路。

中新康明能提供从工艺放大、质量检测到法规支持的全链条解决方案，助力药物水凝胶中试放大及GMP样品制备，加速科研成果转化和临床评估。

小结：仿生不只是模仿，更是演进

“仿生”并非简单模仿，而是对自然结构与机制的提炼与创新。该研究在多孔钛合金表面构建金属离子交联的聚阴离子水凝胶润滑层，深度还原天然关节的结构逻辑，实现材料与工程的有机融合。金属离子交联技术将成为连接柔韧与刚性、动态与静态、生物与工程的关键桥梁。

具备定制合成、工程经验和大规模供应能力的企业，如中新康明，将在仿生材料技术发展中，成为科研与产业转化的重要纽带，推动这一领域持续进步。