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Friction丨功能性生物润滑剂综述

高端装备界面科技全国重点实验室

2022-10-11

导读：概述了生物界面的特殊润滑机理，介绍了天然大分子润滑剂和代表性的人工合成生物润滑剂新材料，阐述了各种润滑剂材料的减摩机制和优缺点，探讨了其在干眼症、组织抗粘连、关节炎治疗和医疗器械领域的应用，展望了人工

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研究背景

人体滑动组织、器官界面的高效润滑行为对于维持相应功能的正常运行至关重要。例如正常关节软骨、器脏之间或眼球与粘膜的滑动摩擦系数维持在0.001–0.05，使得运动过程中几乎感受不到摩擦剪切所带来的不适感。其中，黏弹性的天然大分子润滑剂起到了至关重要的作用。然而，当前越来越多的疾病（干眼症、腹腔粘连，关节炎等）与相应组织的润滑功能障碍密切相关。为了更好地了解和预防这些疾病，不仅需要对人体组织和器官的复杂润滑机制进行系统的研究和认识；还需要开发外源性生物润滑剂材料，以改善或恢复受损组织界面的润滑等性能，应对我国人口老龄化对高端注射型生物润滑材料的迫切需求。

综述思路

本论文首先对人体滑动界面存在的经典摩擦润滑现象如眨眼，口腔发涩机制等进行介绍。随后详细阐述了口腔，眼睛，关节等组织中存在的多种润滑方式，并着重强调了水合润滑的作用。针对组织界面润滑功能失效造成系列疾病（如干眼症、组织粘连、关节炎），详细介绍了目前治疗相应疾病所使用的天然润滑剂和人工合成的外源性生物润滑剂材料（大分子、纳米颗粒、可注射凝胶等）。同时，深入讨论了各类人工合成生物润滑剂的优势与缺点，评述了其在不同疾病场景环境中的应用潜力。最后，展望了人工生物润滑材料未来的发展方向。

该领域存在的问题与未来发展建议

基于国内外生物润滑剂研究现状，该领域未来发展应考虑以下几点：(1) 天然生物大分子润滑剂的润滑机理已被广泛研究，但研究深度不够，其在人体环境中的真实润滑行为仍需进一步探索；此外，如何降低天然生物大分子润滑剂的提取成本，突破人工批量可控制备，使其应用于更为宽泛的医疗领域具有挑战。(2) 发展人工合成生物润滑剂，实现天然润滑剂的替代，成为领域研究热点和发展趋势；刷型大分子润滑剂、可注射凝胶润滑剂以及纳米颗粒型润滑剂是3类典型的材料；然而，随着病变组织治疗环境和器械使用工况的苛刻性增加，合成润滑剂的多功能性显得尤为重要—即如何同时满足润滑、可控降解、抗菌、修复治疗等功能。（3）考虑到未来的真实应用环境，在合成润滑剂材料摩擦性能、吸附性能、降解性能等评价过程中应该尽可能接近实际使用工况，需要有相应的动物实验作为验证；进一步，需要有针对性地遴选相应的人工生物润滑剂材料，进行临床前期验证，促使其实现技术转化。

主要贡献

概述了生物界面的特殊润滑机理，介绍了天然大分子润滑剂和代表性的人工合成生物润滑剂新材料，阐述了各种润滑剂材料的减摩机制和优缺点，探讨了其在干眼症、组织抗粘连、关节炎治疗和医疗器械领域的应用，展望了人工合成生物润滑剂材料的未来发展方向。

作者简介

杨鲁民，中科院兰州化学物理研究所在读博士研究生，指导老师为周峰研究员。研究领域包括纳米颗粒、刷型大分子和可注射凝胶水润滑剂材料。

麻拴红，中科院兰州化学物理研究所研究员，国科大研究生导师，2016年进入固体润滑国家重点实验室工作至今。主要从事表面减摩润滑新原理/新方法、鲁棒性仿生水润滑材料制备、界面摩擦调控与跨尺度数学建模以及高性能生物润滑剂合成等相关的基础研究工作，以及器械表面减摩润滑/抗黏涂层、高性能生物润滑剂和高端装备表面抗磨减摩涂层等关键技术研发。以第一（通讯）作者在Matter、 Nat. Commun、, Adv. Mater.、 Angew. Chem.、 Adv. Funct. Mater、, Adv. Sci.,、 Chem. Mater.、 Small、 Friction、 Tribol. Int.、《表面技术》、《摩擦学学报》等期刊上发表论文50余篇，引用2,300余次，成果被Sci. Adv.、Nat. Rev. Mater. 等刊物正面评价和专题报道。

周峰，中科院兰州化学物理研究所研究员，国科大研究生导师，现任中科院兰州化学物理研究所所长，润滑材料全国重点实验室主任，中国机械工程学会摩擦学分会副主任委员。主要从事软物质界面与材料、海洋防污、减阻降噪、生物润滑和高性能固体润滑材料等相关的前沿基础研究与关键技术研制工作。研究工作在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Matter、Acc. Chem. Res.、JACS、Angew. Chem.、 Adv. Mater. 等共发表SCI论文400多篇，共被引用20,000多次。申请专利150余件，获得授权80余件。《摩擦学学报》、《润滑与密封》、Friction、Tribol. Int.、Lubr. Sci. 等杂志编委。获国家杰出青年基金（2011）、国家自然科学奖二等奖（2015）、省部级科技奖励5项、首届中国优秀青年科技人才奖（2016）、何梁何利基金“科学与技术创新奖”（2017）、第二届全国创新争先奖状（2020）等。

期刊简介

Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2021年影响因子为4.924，五年影响因子为5.662，位居Q1区。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”领军期刊（全国共22项），2021年荣获“第五届中国出版政府奖期刊奖提名奖”。2022年变为月刊，年发文量120篇，在Springer平台和SciOpen平台同时完全开放获取出版。