水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料的制備與性能評(píng)價(jià).pdf

1、博士學(xué)位倫文水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料的制備與性能評(píng)價(jià)作者:馬如銀指導(dǎo)老師:熊黨生教授南京理工大學(xué)2010年6月博士論文水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料的制備與性能評(píng)價(jià)摘要人工材料修復(fù)受損軟骨，實(shí)現(xiàn)與周?chē)鷻C(jī)體組織的完好整合，阻止軟骨進(jìn)一步退化，被認(rèn)為是很有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N軟骨修復(fù)手段。本研究從材料仿生和功能仿生的角度出發(fā)，采用原位復(fù)合的方法在聚乙烯醇(PVA)水溶液中合成晶相納米輕基磷灰石(n~HA)顆粒，然后經(jīng)過(guò)冷凍解凍和輻照交聯(lián)相結(jié)合的方法制備n一

2、H戶(hù)以PVA水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料，并對(duì)相關(guān)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，主要結(jié)果如下:1.反復(fù)冷凍解凍和Y射線輻照交聯(lián)相結(jié)合的方法制備的PVA水凝膠具有與天然軟骨相似的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和含水量(約75%)拉伸和壓縮特征曲線都呈現(xiàn)出典型的非線性關(guān)系，力學(xué)強(qiáng)度隨PVA初始濃度和冷凍解凍次數(shù)的增加而增大，隨輻照劑量的增加先增大后減小，輻照劑量為100kGy時(shí)力學(xué)強(qiáng)度最高。2.在PVA水溶液中原位合成的晶相HA陶瓷顆粒為納米針狀結(jié)構(gòu)，PVA分子鏈在HA結(jié)晶

3、過(guò)程中起晶核和礦化模板作用，HA相和PVA基體相之間存在一定的氫鍵結(jié)合n一HAPVA復(fù)合水凝膠材料具有三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輻照處理后結(jié)構(gòu)更為致密。3.n一H戶(hù)以PVA復(fù)合水凝膠材料的拉伸和壓縮力學(xué)響應(yīng)分別符合多項(xiàng)式和指數(shù)變化規(guī)律力學(xué)強(qiáng)度隨輻照劑量和n一HA添加量的增大先上升后下降，輻照劑量為lookGy、n一HA含量為6wt%時(shí)機(jī)械力學(xué)性能最優(yōu)。4.采用兩相有限元方法模擬壓凹過(guò)程中液體相所承受的載荷情況，結(jié)果表明天然軟骨和復(fù)合水凝膠材料均

4、具有兩相特性Voight一Boltzman串聯(lián)模型能夠準(zhǔn)確地描述自然軟骨和復(fù)合水凝膠的壓凹蠕變行為，說(shuō)明它們有著極為相似的粘彈性力學(xué)特征。5.摩擦起始階段，兩相潤(rùn)滑機(jī)制起主導(dǎo)作用，摩擦系數(shù)小，隨著載荷作用時(shí)間的延長(zhǎng)，摩擦系數(shù)漸漸增大并達(dá)到平衡，潤(rùn)滑機(jī)制轉(zhuǎn)為邊界潤(rùn)滑與軟骨一軟骨摩擦配副相比，水凝膠一軟骨摩擦配副的摩擦系數(shù)相對(duì)較高，但比不銹鋼一軟骨摩擦配副的摩擦系數(shù)小且穩(wěn)定復(fù)合凝膠材料的摩擦系數(shù)隨接觸應(yīng)力的增大而增大，而且在低載區(qū)摩擦系數(shù)的

5、增加幅度較高載區(qū)大分析納米經(jīng)基磷灰石填充和輻照交聯(lián)改性的協(xié)同效果表明，當(dāng)n一HA添加量為swt%，輻照劑量為lookGy時(shí)，獲得的復(fù)合水凝膠材料的生物摩擦學(xué)性能最優(yōu)經(jīng)過(guò)lh的摩擦實(shí)驗(yàn)，磨損軌跡表面形成了一個(gè)深度約60腳的凹坑，表面粗糙度較實(shí)驗(yàn)前有所降低，而且與之配副的軟骨銷(xiāo)表面粗糙度是天然軟骨自配副軟骨銷(xiāo)表面粗糙度的3倍，但僅僅是與不銹鋼配副的軟骨表面粗糙度的60%。6.溶血和MTT試驗(yàn)結(jié)果表明，n一H刀PVA復(fù)合水凝膠不具有急性溶血作