水凝膠軟骨修復(fù)材料物理化學(xué)性能研究.pdf

1、聚乙烯醇(PVA)及其復(fù)合水凝膠，因其無毒、含水量高、具有良好的力學(xué)性能和生物相容性、為細(xì)胞的增殖與分化提供更接近于天然軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境，在制備關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)和替代材料等方面受到廣泛重視。研究其生物相容性、材料的應(yīng)用功能和材料的物理化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)推進(jìn)人工組織材料的研發(fā)是重要而有益的。生物組織材料的物理化學(xué)性質(zhì)在許多方面不同于傳統(tǒng)的物相體系，對(duì)其獨(dú)特信息的表征需要對(duì)傳統(tǒng)物理化學(xué)的研究方法進(jìn)行思考和探索?；谏鲜鲅芯恳饬x，本文開

2、展了PVA水凝膠軟骨修復(fù)材料的物理化學(xué)性質(zhì)研究。
　　 單獨(dú)的PVA水凝膠并不能滿足軟骨修復(fù)材料的要求。將兩種或多種高分子共聚，一方面改進(jìn)了凝膠的結(jié)構(gòu)和性能，使其更接近于應(yīng)用要求：另一方面，它提供了有關(guān)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間關(guān)系的信息，構(gòu)成了一個(gè)適合作物理化學(xué)研究的模型體系。本文針對(duì)那些有助于提高生物相容性的復(fù)合水凝膠模型體系，開展物理化學(xué)性質(zhì)研究，即：PVA/葡聚糖復(fù)合水凝膠（第2章），PVA/殼聚糖復(fù)合水凝膠（第3章），PVA/PV

3、P復(fù)合水凝膠（第4章），PVA/殼聚糖/羥基磷灰石復(fù)合水凝膠（第5章）。通過冷凍解凍物理交聯(lián)方法制備復(fù)合水凝膠。主要考察凝膠體系的熱失水動(dòng)力學(xué)，等溫溶脹動(dòng)力學(xué)，平衡含水量和結(jié)晶度，以及凝膠的拉伸強(qiáng)度等性質(zhì)：考察體系的性質(zhì)隨組成的變化；以及樣品制備過程的控制條件對(duì)上述性質(zhì)的影響。
　　 熱失水動(dòng)力學(xué)研究表明：凝膠的失水過程可以視為液態(tài)水的汽化過程。利用Kissinger和FWO的“無模型等轉(zhuǎn)化率”方法，獲得各凝膠體系的非等溫失水活

4、化能與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，即轉(zhuǎn)化率增大，活化能降低。PVA凝膠中添加葡聚糖、PVP，使其失水活化能有所減小；添加殼聚糖，失水活化能有所增加。而各添加組分均使水分子的擴(kuò)散活化能有所增加。
　　 平衡水含量與溶脹動(dòng)力學(xué)研究表明：冷凍熔融循環(huán)次數(shù)對(duì)凝膠的平衡水含量有很大的影響。所列復(fù)合水凝膠的含水量均較單獨(dú)PVA水凝膠升高。對(duì)于PVA/葡聚糖水凝膠，溶脹速率常數(shù)隨葡聚糖含量增多而減??；對(duì)于其它復(fù)合凝膠體系，速率常數(shù)隨添加的組分的含量增加呈現(xiàn)

5、先減小后增大的現(xiàn)象，即有一個(gè)極小值存在。
　　 結(jié)晶度結(jié)果表明：通過反復(fù)冷凍解凍可以提高水凝膠的結(jié)晶度；PVA中加入其它組分，使干凝膠的熔融焓減小，結(jié)晶度減小。表明復(fù)合組分干擾了PVA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 將PVA/殼聚糖/羥基磷灰石復(fù)合凝膠浸泡于37℃的模擬體液(SBF)中，其表面有羥基磷灰石形成。這有利于凝膠與骨骼的結(jié)合。
　　 力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)表明：反復(fù)冷凍解凍循環(huán)次數(shù)達(dá)到3次以上，可使水凝膠具有更好的拉伸強(qiáng)度。