浙大清华等三校合作：揭示人体膝关节软硬界面增韧机制

浙大清华等三校合作：揭示人体膝关节软硬界面增韧机制

近日，浙江大学欧阳宏伟教授团队与清华大学高华健教授团队、山西医科大学段王平教授团队合作，在人体膝关节软硬界面研究领域取得重要突破。相关研究成果发表在国际顶级学术期刊《PNAS》上。

该研究揭示了人体膝关节半月板根部与骨骼连接界面的多尺度渐变矿化结构及其增强机制。研究发现，该界面具有互锁结构和模量指数级增长的特点。通过无定形磷酸钙（ACP）向羟基磷灰石（HAP）晶体转变过程中，特定位置分布的生物分子能够调控胶原纤维的形变和重新定向。

实验和模拟结果显示，未成熟的ACP颗粒通过从胶原基质中脱落并转移来耗散能量，而成熟的HAP晶体则通过钉住裂纹扩展提高界面韧性和疲劳抗力。研究人员基于这一发现，成功构建了仿生软硬界面，显示出增强的强度、韧性和附着力。

这一突破性发现为开发耐久且坚固的软硬复合材料提供了重要参考，并可应用于植入设备、生物传感器和组织工程等领域。自然界中的复杂梯度结构为解决不同材料间应力集中问题提供了新的思路。

该研究由浙江大学欧阳宏伟教授、清华大学高华健教授和山西医科大学段王平教授共同完成。