PAA-PAAm雙網(wǎng)絡(luò)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)水凝膠的制備和性能研究.pdf

1、水凝膠因具有較好的潤滑性、適當?shù)膹椥阅Ａ恳约傲己玫纳锵嗳菪缘葍?yōu)點，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，但由于其含水量高，導(dǎo)致其機械強度和穩(wěn)定性通常較差，限制了水凝膠在組織工程領(lǐng)域（如作為關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料）的應(yīng)用，制備高強度同時高含水量的水凝膠具有重要意義。本研究用紫外光輻照引發(fā)自由基聚合的原理，分兩步制備了聚丙烯酸/丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（PAA/PAAmDoubleNetworkhydrogel，DN），并添加SiO2對DN凝膠進行改性，系

2、統(tǒng)研究了SiO2的加入量對DN凝膠溶脹性能、力學(xué)性能、不同頻率下的粘彈性和摩擦學(xué)性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.制備了一種新體系的PAA/PAAmDN凝膠，用傅里葉紅外光譜(FT-IR)表征了凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)，用環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM)對其微觀形貌進行了表征，結(jié)果表明DN水凝膠具有合適的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔洞大小合適。當SiO2含量從0增加到4wt％，會略微降低水凝膠的平衡溶脹度和溶脹平衡時的孔隙率，若SiO2達到丙

3、烯酸（AA）單體濃度4wt％以上，繼續(xù)增加SiO2含量會提高凝膠的平衡溶脹度。
　　3.DN復(fù)合凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈非線性關(guān)系，最大抗壓應(yīng)變達95％以上。少量SiO2的加入會增大凝膠的抗壓強度，SiO2含量過多會降低凝膠的抗壓強度。當AAm單體濃度較低時，過多SiO2會使凝膠更容易斷裂，只有當AAm單體濃度較高時，凝膠才顯示出很高的抗壓應(yīng)變。循環(huán)加載-卸載實驗表明，DN-SiO2復(fù)合凝膠也會出現(xiàn)類似于DN凝膠的“力學(xué)滯后”現(xiàn)

4、象，且SiO2的含量對凝膠的屈服應(yīng)變無明顯影響，但引入SiO2會提高凝膠的屈服應(yīng)力;二次壓縮過程中，在高應(yīng)變時，DN凝膠又顯示出很高的模量，這是與傳統(tǒng)DN凝膠不同之處。蠕變實驗表明，提高AAm單體溶液濃度能提高DN凝膠的抗蠕變特性。
　　4.用動態(tài)力學(xué)熱分析儀(DMTA)研究了凝膠復(fù)合材料的粘彈性特征，凝膠復(fù)合材料在低頻范圍內(nèi)(0.1～2.2Hz)的損耗因子更接近人體自然骨組織。凝膠材料的儲能模量隨SiO2含量的增加呈先上升后下降

5、的趨勢，當凝膠材料中SiO2的量達到4wt％時，儲能模量達到最大值。凝膠的損耗因子隨SiO2含量的增加呈先下降和上升的趨勢，當SiO2的量達到6wt％時達到最大值，說明材料中彈性特征占主導(dǎo)地位。
　　5.用微摩擦實驗儀研究了不同組分DN復(fù)合凝膠的摩擦系數(shù)。凝膠材料在摩擦開始后60min的時間內(nèi)，摩擦系數(shù)一直保持穩(wěn)定，相對于生理鹽水而言，凝膠在去離子水中的摩擦系數(shù)較小。隨著SiO2含量的增加，DN復(fù)合凝膠的摩擦系數(shù)會降低，對于DN凝