北卡罗来纳州达勒姆市(Durham)-膝盖骨头之间的软骨薄而滑是神奇的东西：经过数十年的重复使用，其强度足以承受人的体重，但又柔软又足以缓解关节的撞击。柔和强壮的组合在实验室中很难复制。但是现在，杜克大学的研究人员说，他们已经创建了一种实验性凝胶，这是首款与真实物品的强度和耐用性相匹配的凝胶。

这种材料看起来像是Jell-O的远房表亲-确实如此-但它的强度非常高。它的水含量为60%，但单个四分之一大小的碟片可以承受100磅壶铃的重量，而不会撕裂或变形。

它的开发人员说，这是第一款水凝胶-由吸水聚合物制成的材料-能够承受拉力和重载以及人类软骨的影响，而不会随着时间的流逝而磨损。

在杜克大学化学和材料科学家本·威利和肯·盖尔的带领下，这项研究有一天可以为患有膝关节疾病的人们提供软骨损伤的替代物，以及每年在美国进行的60万例膝关节置换术的替代物。

光滑的橡胶组织覆盖骨头的末端，使它们能够彼此平滑地滑动，软骨在每一步中都吸收了大量的力-通常是您体重的2至3倍。

但是，软骨自愈和自我修复的能力也很有限。杜克大学的机械工程和材料科学教授加尔说，一旦磨损，随着年龄，过度使用或创伤的发生，就很难治疗。

对于想要避免或推迟只能持续20年的膝关节置换的患者，人工软骨可以提供帮助。自1970年代以来，人们就一直在探索将水凝胶用作软骨替代品，并将其用于软性隐形眼镜和一次性尿布。这些材料具有光滑，减震的特性，并且不会损害附近的细胞，因此吸引了研究人员的注意。但是直到现在，它们仍被证明太弱了，无法用于膝盖等承重关节。

公爵队着手改变这一点。杜克大学化学教授威利说：“我们着手制造出首个具有软骨机械性能的水凝胶。”

新的水凝胶由两个相互缠绕的聚合物网络组成：一个由可拉伸的意大利面条状线制成，另一个由刚性和篮子状结构组成，并在其长度上带有负电荷。这些用第三种成分纤维素纤维网增强。

拉伸凝胶时，纤维素纤维可以抗拉，并有助于将材料固定在一起。当它被挤压时，沿着刚性聚合物链的负电荷会相互排斥并粘在水上，从而帮助其弹回原来的形状。