高強(qiáng)度耐溶脹仿軟骨PVACS水凝膠的合成及性能

膝關(guān)節(jié)和軟骨是人體重要的組織，由于缺乏自愈性，軟骨組織工程已成為修復(fù)軟骨缺損的重要方法。水凝膠與軟骨具有相似的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和類生物環(huán)境，被譽(yù)為最理想的軟骨替代材料。然而，與人體組織相比，傳統(tǒng)高分子水凝膠在力學(xué)強(qiáng)度、生物相容性以及耐溶脹性等方面還有差距。因此制備耐溶脹仿軟骨水凝膠仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。近日北方民族大學(xué)雒春輝團(tuán)隊(duì)在《精細(xì)化工》上報(bào)道了一種高強(qiáng)度耐溶脹仿軟骨水凝膠，以商品化的聚乙烯醇（PVA）和殼聚糖（CS）為原料，采用凍融循環(huán)（FT）并浸泡檸檬酸鈉（Na3Cit）的方法，以PVA與CS之間的氫鍵作用以及CS側(cè)鏈氨基與Cit3-離子鍵等非共價(jià)交聯(lián)作用來制備PVA/CS復(fù)合水凝膠。通過FTIR、DSC、XRD以及SEM對(duì)水凝膠的結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行分析，并借鑒橡膠彈性理論來計(jì)算水凝膠的交聯(lián)密度。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)水凝膠結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性，為軟骨仿生設(shè)計(jì)和構(gòu)筑提供理論依據(jù)。摘要：利用凍融循環(huán)并浸泡檸檬酸鈉的方法，制備了聚乙烯醇/殼聚糖（PVA/CS）復(fù)合水凝膠。通過FTIR、XRD，DSC和SEM表征了其結(jié)構(gòu)和形貌，并測(cè)試了其機(jī)械性能。結(jié)果表明，PVA單網(wǎng)絡(luò)水凝膠網(wǎng)孔尺寸在1.5~8.2μm，自由水含量為76.2%，有效交聯(lián)密度為0.0288mol/L，抗拉和抗壓強(qiáng)度僅為0.2和1.4MPa。而復(fù)合水凝膠由于氫鍵與離子鍵的協(xié)同交聯(lián)作用，其網(wǎng)孔尺寸和自由水含量分別降低至1.5μm和1.4%，有效交聯(lián)密度提高至0.4210mol/L，抗拉和抗壓強(qiáng)度分別為9.3和16.6MPa。同時(shí)，該水凝膠還具有優(yōu)異的抗疲勞與耐溶脹特性，連續(xù)壓縮10次后水凝膠的抗壓強(qiáng)度和韌性分別為初始值的88.1%和84.3%，在去離子水中溶脹平衡后的抗拉強(qiáng)度高達(dá)4.3MPa。結(jié)論（1）采用FT并浸泡Na3Cit的方法，不使用化學(xué)交聯(lián)劑和有機(jī)溶劑制備了PVA/CS復(fù)合水凝膠。（2）由于氫鍵、離子鍵以及結(jié)晶微區(qū)等非共價(jià)鍵的能量耗散作用，所得水凝膠抗拉強(qiáng)度為9.3MPa，耗散能占總能量的90%左右，與軟骨接近。（3）該水凝膠具有良好抗疲勞、耐溶脹和生物相容性，