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高强度、低摩擦仿天然软骨材料的构建及生物摩擦学行为研究

摘 要:人体天然关节中软骨-软骨的接触形式可使人体关节能正常运行70年以上，这主要依赖于软骨友谊的承载及润滑性能，关节软骨是一种非均匀的带状结构高水合组织，可以有效吸收和缓冲震荡[1]，其分层有序，各向异性的结构特征赋予了软骨高的支撑强度和耗能机制[2]。但软骨层内几乎无血管，一旦受损很难自发修复，通常采用人工关节置换，但传统关节材料模量较高，配副通常形成硬-硬的接触形式，与天然关节摩擦副间软-软的接触形式具有较大差距，制约着假体的寿命，影响患者的生活质量[3]。因此，设计开发软-软接触仿生关节对改变人工关节滑动面的接触状态，提高人工关节的可靠性和使用长寿命具有重要意义。本文首先基于PVA冷冻交联，PAA FeCl3交联，PAAm紫外交联多种交联技术制备了一种高强度PVA-PAA-PAAm复合水凝胶，此外又辅以冷冻定向和纳米增强的方法制备出了具有垂直有序结构的PVA-PAA-PAAm-HA纳米复合水凝胶，其垂直有序的结构高度仿生了天然软骨深层区域的结构特点，并有效提高了复合水凝胶的力学强度，起到了深层承载作用。结果表明垂直有序的高强度、低摩擦仿生软骨材料具有高度有序的三维网络结构，较高的压缩强度、优异的动态粘弹性、抗蠕变性、低摩擦和良好的生物相容性。

关键词: 仿天然软骨；纳米增强；冷冻定向；高强度；低摩擦

 

图：高强度、低摩擦仿生软骨水凝胶的综合性能

参 考 文 献：

[1] Murakami T, Yarimitsu S, Nakashima K, Yamaguchi T, Sawae Y, Sakai N, et al. Superior lubricity in articular cartilage and artificial hydrogel cartilage. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J-Journal of Engineering Tribology. 2014;228:1099-111.

[2] Steele JA, St-Pierre J, McCullen SD, Meinert C, You AY, Theodoropoulos C, et al. Zone-Specific Collagen Alignment in Porous Polymer Scaffolds for Articular Cartilage Tissue Engineering. Tissue Engineering Part A. 2015;21:S111-S.

[3] Dowson D. Bio-Tribology of Natural and Replacement Synovial Joints. 1990.