近日，江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心马丕波教授团队在人工韧带仿生针织材料研究方面取得新进展，相关成果以“Programmable helix-tubular composites with bio-inspired architecture”为论文标题在线发表在期刊《Materials & Design》。江南大学针织中心2021级博士研究生杨曈为论文第一作者，江南大学马丕波教授及上海大学宋鋆博士为论文共同通讯作者。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127525001996

    前交叉韧带（ACL）重建一直是运动医学的重点和难点，其对维持膝关节的稳定性及功能性具有至关重要的作用。天然ACL之所以能够承受复杂的力学环境，得益于其精妙的层次结构。其中，"卷曲"的胶原纤维在受力时展现出独特的非线性力学行为，既能提供初始的弹性，又能在高强度下保持稳定性。然而，现有的人工韧带材料难以复刻这一特性，导致植入后容易出现关节稳定性不足、力学性能不匹配等问题，甚至可能引发退行性关节炎等并发症。

    针对这一挑战，本研究利用针织全成形技术，成功研制出一种具有仿生结构特征的新型复合材料（HTC/AHTC）。这一突破性设计巧妙地将刚性螺旋构象与弹性可拉伸构象相结合，通过精准调控结构参数与次级构象的耦合状态，实现了对材料力学性能的"编程"。实验结果表明，该材料不仅完美复刻了天然韧带的非线性力学行为，更展现出优异的抗疲劳性能。这一进展不仅解决了人工韧带力学性能不匹配的核心难题，更为运动医学领域提供了全新的解决方案。

图1 受天然韧带启发的设计灵感

图2：（a）HTC的制备流程，（b）HTC结构及AHTC结构组装示意图

图3：与天然韧带拉伸力学行为的对比分析

图4 AHTC在力学性能与抗疲劳性方面的突出表现