关节软骨是人体关节的“天然润滑剂”与“力学缓冲垫”，凭借胶原纤维与滑液构成的双相分层结构，实现超低摩擦系数（0.001–0.030）、承受高载荷、维持长效稳定。然而，创伤或骨关节炎引发的软骨损伤，会直接破坏其润滑机制，诱发组织进行性退变。软骨无血管、无神经的特性，极大限制了其再生能力。因此，开发高性能仿生软骨替代材料成为生物医学工程领域亟待突破的核心难题。水凝胶因类软骨的湿软结构与良好生物相容性，被视为软骨替代的理想候选材料。其中，水凝胶—聚合物刷层状复合材料凭借“强韧基底+润滑表层”的仿生设计，成为同步实现高承载与超润滑的前沿策略。但传统凝胶表面聚合物刷接枝方法存在明显短板：需无氧环境、大量聚合溶液、单体与催化剂消耗大、水凝胶本体力学性能易衰减等。

图1. 仿生关节软骨层状水凝胶的设计理念与制备过程。

针对上述问题，团队开发了一种基于微升体积亚表面引发聚合策略的仿生软骨层状水凝胶材料，该策略巧妙利用零价铜介导的表面引发可控自由基聚合技术（SI-Cu⁰CRP），仅在微升体积单体溶液和空气条件下，即可在高强度PVA基水凝胶基质中成功制备超厚（达100 μm），且与基质网络互穿的多孔聚合物刷复合润滑层，构建出具有“高承载基底+表面润滑层”的仿生软骨材料（图1）。该策略规避了传统SI-ATRP需凝胶完全浸泡的弊端，最大程度保留高强度凝胶的本体力学性能，此外所设计的具有亚表面引发活性的PVA水凝胶基质为互穿润滑层的制备提供结构基础。

该材料在10 N载荷下连续摩擦8万次，摩擦系数仍稳定在约0.017的超低水平，且无明显磨损，实现了高承载、超低摩擦和超强耐磨性的协同设计，同时评估了其作为人工关节表面涂层的应用潜力（图2）。

图2. 仿生关节软骨层状水凝胶的高承载、超润滑、抗磨损性能。

图3. 封面图片

总之，本研究突破传统水凝胶—聚合物刷层状材料制备的技术瓶颈，以微升体积、空气环境、亚表面引发的绿色高效策略，不仅完美模拟了天然软骨的双相结构，更在超低摩擦、高承载、耐磨损和生物相容性等方面表现出协同优势，为关节软骨修复与人工关节润滑涂层开发提供全新技术路径。本工作得到国家自然科学基金（52205216, 52475217, 5256502），甘肃省杰出青年基金（21JR7RA158），甘肃省省级人才青年团队（2024QNTD48）等项目的资助。