仿生聚乙烯醇/酒石酸双层水凝胶的构建及性能研究

摘要

【目的】天然关节软骨因其卓越的力学性能和润滑能力而在关节运动中起着关键作用，但其损伤后的再生修复是临床面临的重大挑战.关节软骨组织工程，特别是功能化水凝胶，为制造软骨替代材料提供了有前景的解决方案.【方法】本研究采用一锅法结合循环冷冻与梯度盐析制备以聚乙烯醇（PVA）和酒石酸（RH₂）为基体的底层水凝胶，并通过表面聚合引入聚（3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐）(PSPMA)润滑层，构建仿生双层结构.【结果】当PVA含量为14%、RH₂含量为4%,盐析浓度为1.5 mol·L^-1时，该双层水凝胶表现出卓越的力学性能，压缩强度可达12.98 MPa,拉伸强度可达21.86 MPa.流变学、抗疲劳及自恢复测试表明其具有稳定的三维网络结构、良好弹性和快速能量耗散与恢复特性.通过摩擦学测试发现，引入PSPMA润滑层后，摩擦系数降至0.057,较底层水凝胶降低约89.6%,接近天然软骨的低摩擦水平，且该水凝胶通过生物学评价证实无细胞毒性，细胞存活率达99%,溶血率符合医用标准，具备优良生物相容性.【结论】本研究成功构建了一种力学性能强、润滑特性优异且生物安全性高的仿生双层水凝胶，在关节软骨替代修复领域显示出重要的应用前景.

关键词

双层水凝胶 / 关节软骨修复 / 力学性能 / 润滑性能 / 仿生设计

基金资助

湖南省教育厅重点项目(23A0451)