一、痛点问题

传统水凝胶材料存在“弹性”与“润滑”性能难以兼备的固有矛盾。增强“弹性”通常需要增加聚合物链缠结和分子间作用力，但这会导致高链间摩擦、低含水量，从而牺牲“润滑”性能。相反，“润滑”性能的提升依赖于聚合物链与水分子结合形成水化层，这又会削弱链间作用力，导致结构软化、变形增加。现有技术（如加入纳米锂皂石）难以实现大幅提升弹性模量的同时，保持超低摩擦系数。

二、项目简介

项目来自于瑞金医院再生医学材料团队。本发明通过“内增强、外润滑”的协同设计，构建了一种可生物降解且兼具高弹性和超润滑性能的水凝胶微球。该微球以甲基丙烯酸酯化明胶（GelMA）为基体，内部通过微流控技术引入圆盘状锂皂石纳米片作为物理交联点，显著增强了微球的弹性；外部通过表面接枝聚合技术将聚（2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱）（PMPC）接枝到微球表面，形成水合润滑层，实现了超润滑。此设计解决了水凝胶中“脱水”增强弹性和“水化”促进润滑之间的互斥难题，微球的弹性模量可在14Pa至4000Pa之间调控，摩擦系数可低至0.04。

图：微球的设计与应用示意

三、创新亮点

1. “内增强、外润滑”协同设计：内部利用锂皂石纳米片（直径20-50nm，厚度1-2nm）与GelMA链通过静电/氢键相互作用形成插层结构，作为“活的、可移动的”物理交联点，显著增强弹性和机械强度；外部接枝PMPC分子刷，通过电荷偶极子相互作用锁定水分子，形成稳定润滑层。

2. 解决“弹-润”互斥的核心悖论：锂皂石的多层结构能填充聚合物链层间空间，限制水分子的自由渗透，防止因外部润滑层（PMPC）的强亲水性导致聚合物网络过度膨胀和软化，从而实现了高弹性与超润滑的共存。

3. 可调控力学性能：通过调节锂皂石（最佳重量比GelMA：Laponite = 5:1~5）和PMPC（最佳重量比Laponite：MPC = 1~5:0.5~2）的配比，可精准调控微球的弹性模量（14-4000 Pa）和摩擦系数（0.04-0.12）。

4. 优异的生物学功能：该微球可负载药物Kartogenin（KGN），并在体内缓慢释放。在大鼠骨关节炎模型中，其弹性可缓冲关节应力，润滑性可减少软骨摩擦磨损，协同KGN的促软骨再生作用，有效减缓了骨关节炎进展，展现出卓越的治疗潜力。

四、知识产权情况

本项目已申请发明专利。

五、团队联系人电话

吕孟圆：18018597179