赵蔚祎，赵晓铎，张云雷，麻拴红，马正峰，蔡美荣，周峰

（1.中国科学院兰州化学物理研究所，兰州 730000；2.中国科学院大学，北京 100049）

人体内天然髋、膝关节润滑系统主要由关节面、关节腔、关节骨、关节囊和关节滑液等共同组成，其中，关节头与关节臼被一层富有弹性的软质关节软骨包裹。以膝关节为例，健康人体内膝关节能够承受7～9 倍的人体重量[1-2]，局部接触应力高达18 MPa[3]，在如此高载荷的运动条件下，膝关节处的摩擦系数可低至0.001～0.03[4]。然而，受年龄增长、过度磨损、部分先天性疾病等多种因素的影响，人体内氨糖软骨素的含量不断降低，软骨细胞分解速度大于其合成速度，软骨内胶原纤维断裂，这些都会导致关节软骨的磨损与退化，进而出现糜烂、脱落等问题，关节出现疼痛、肿胀等症状，最终演变为骨关节炎[5-7]。骨关节炎现已成为世界头号致残性疾病，对受损关节进行修复重建，恢复关节面完整性及其功能，防止关节退变，始终是亟待解决的难题之一。

关节软骨包含＜5%的软骨细胞、60%～85%的间隙流体，以及胶原纤维与蛋白质多糖[8-9]。软骨优异的力学性能依赖于纳米/微细胶原纤维构成的有序分层组织纤维结构[10-11]，其结构如图1 所示。每一层都有不同的纤维排列、细胞形态以及新陈代谢活动[12]。浅表层紧邻关节腔，软骨细胞呈扁平状[13]，平行于软骨表面，高度密集的胶原纤维相互垂直排列，整体有序平行于软骨表面，以承受关节运动中的剪切力[14]；中间层的软骨细胞呈圆形，胶原纤维随机分布，起到了承担载荷并均衡地传递到深层区的作用[8]；……