人工關節越磨越耐磨？源于這層蛋白質“碳膜” | 卓越亮點

原文發表于 《科技導報》2026年第1期科技新聞-卓越亮點

摩擦“鍛造”人工關節的蛋白質保護層

膝關節置換術（圖片來源：器械中國網）

人工關節植入物的長期服役，始終面臨體內磨損與腐蝕的嚴峻挑戰。金屬關節表面在服役中形成有效的富碳摩擦膜，能顯著提高固體潤滑效果，減少腐蝕離子的產生，被認為是人工關節植入體能夠長期服役的重要條件。目前，科學界雖普遍認同此膜層源于體內蛋白質的摩擦，但對其具體形成過程與機制一直缺乏清晰認知。

針對這一難題，北京科技大學巖雨團隊運用原子力顯微鏡原位摩擦技術，對吸附于金屬關節材料表面的蛋白質層施加精確可控的剪切應力。通過調控接觸條件，并結合多維度分析技術，研究團隊系統揭示了在單純剪切力驅動下，蛋白質分子如何一步步演變為保護性碳質結構的完整路徑。

結果表明，持續的摩擦力如同精密的“分子鍛壓”，驅動吸附的蛋白質分子發生一系列定向演變：其結構首先發生解折疊，隨后肽鏈發生斷裂，并進行脫氫、脫硫等反應。這一“摩擦誘導轉化”過程，最終將原本的蛋白質重構為具有低粘附性和高模量的碳質結構。該結構能有效降低摩擦阻力，抑制有害的粘滑現象，從而發揮出卓越的潤滑與保護功能。

基于此機制，未來研究人員可通過表面微納織構設計或特定化學改性，主動引導和優化植入物在人體內形成高性能的摩擦保護膜，從而有望大幅提升人工關節的耐磨蝕性能，為數百萬關節疾病患者帶來更長久的健康保障。

（來源于中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊

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