水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料的制備與性能評價.pdf

1、博士學位倫文水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料的制備與性能評價作者:馬如銀指導老師:熊黨生教授南京理工大學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價摘要人工材料修復受損軟骨，實現(xiàn)與周圍機體組織的完好整合，阻止軟骨進一步退化，被認為是很有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N軟骨修復手段。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)過冷凍解凍和輻照交聯(lián)相結(jié)合的方法制備n一

2、H戶以PVA水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨材料，并對相關(guān)性能進行了評價，主要結(jié)果如下:1.反復冷凍解凍和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，力學強度隨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時力學強度最高。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復合水凝膠材料具有三維多孔網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，輻照處理后結(jié)構(gòu)更為致密。3.n一H戶以PVA復合水凝膠材料的拉伸和壓縮力學響應分別符合多項式和指數(shù)變化規(guī)律力學強度隨輻照劑量和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%時機械力學性能最優(yōu)。4.采用兩相有限元方法模擬壓凹過程中液體相所承受的載荷情況，結(jié)果表明天然軟骨和復合水凝膠材料均

4、具有兩相特性Voight一Boltzman串聯(lián)模型能夠準確地描述自然軟骨和復合水凝膠的壓凹蠕變行為，說明它們有著極為相似的粘彈性力學特征。5.摩擦起始階段，兩相潤滑機制起主導作用，摩擦系數(shù)小，隨著載荷作用時間的延長，摩擦系數(shù)漸漸增大并達到平衡，潤滑機制轉(zhuǎn)為邊界潤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)定復合凝膠材料的摩擦系數(shù)隨接觸應力的增大而增大，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n一HA添加量為swt%，輻照劑量為lookGy時，獲得的復合水凝膠材料的生物摩擦學性能最優(yōu)經(jīng)過lh的摩擦實驗，磨損軌跡表面形成了一個深度約60腳的凹坑，表面粗糙度較實驗前有所降低，而且與之配副的軟骨銷表面粗糙度是天然軟骨自配副軟骨銷表面粗糙度的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試驗結(jié)果表明，n一H刀PVA復合水凝膠不具有急性溶血作