연골

May 16, 2023

관절염이 있는 사람이라면 누구나 알겠지만, 연골은 관절이 자유롭게 움직일 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 합니다. 과학자들은 이제 가끔 물을 주입하면 되는 합성 자체 윤활 소재로 그 품질을 복제했습니다.

연골은 무릎과 같은 관절의 뼈 끝을 덮고 있어 아래 뼈 조직을 마모시키지 않고 서로 원활하게 움직일 수 있도록 해줍니다. 이는 콜라겐 섬유, 프로테오글리칸 단백질 및 엘라스틴 단백질 섬유의 다공성 매트릭스로 구성됩니다. 이 매트릭스는 관절에서 생성되는 윤활액으로 알려진 점성 액체를 흡수합니다.

관절이 움직이면 맞닿는 연골 표면이 점차적으로 그 액체를 방출하여 윤활을 제공합니다. 동시에, 흡수된 체액은 수탄성 효과 덕분에 연골이 압축력에 의해 비가역적으로 변형되는 것을 견딜 수 있도록 도와줍니다. 연구자들은 이전에 인공 연골을 만들려고 시도했지만 일반적으로 그러한 힘에 대처할 수 없는 부드러운 하이드로겔을 사용해 왔습니다.

리즈 대학의 Siavash Soltanahmadi 박사가 이끄는 해당 기관과 Imperial College London의 과학자들은 다른 접근 방식을 취했습니다. 그들은 여전히 ​​윤활제(이 경우 물)를 흡수하고 방출할 수 있는 하이드로겔을 사용하고 있지만 해당 젤은 폴리디메틸실록산(PDMS)이라는 실리콘 기반 폴리머의 다공성 지지 매트릭스 내에 포함되어 있습니다.

하이드로겔/폴리머 재료가 압축력을 받으면 폴리머는 윤활 젤이 자체적으로 견딜 수 있는 힘보다 14~19배 더 많은 힘을 견딜 수 있게 해줍니다. 실제로 소재의 탄성률은 천연 연골의 탄성률과 비슷합니다.

"우리는 이제 연골에서 발견되는 가장 중요한 특성 중 일부를 모방하는 엔지니어링 응용을 위한 재료를 개발했으며 이는 자연이 하는 방식을 모방하는 방법을 찾았기 때문에 가능했습니다."라고 Soltanahmadi는 말합니다. "부드럽지만 베어링과 같이 최소한의 마모로 무거운 하중을 견딜 수 있는 합성 재료에 대한 엔지니어링 응용 분야가 많이 있습니다."

이 연구는 최근 Applied Polymer Materials 저널에 게재된 논문에 설명되어 있습니다.

출처: 리즈대학교