γ辐照PVA基水凝胶关节软骨修复材料的制备和性能研究

摘要

关节软骨损伤是导致关节疼痛的一种普遍的损伤形式，是临床骨科常见的疾病，长期以来人们一直在寻找和研制理想的软骨修复材料。聚乙烯醇(PVA)水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外，特别具有毒性低、机械性能优良、含水量高和生物相容性好等优点，是一种非常有前途的人工软骨修复材料。 为了进一步提高PVA水凝胶作为软骨修复材料的性能，本文采用冷冻-解冻循环和γ射线辐照交联相结合的方法制备了PVA/PVP(聚乙烯吡咯烷酮)复合水凝胶，用冷冻解冻法制备了PVA/PAAM(聚丙烯酰胺)复合水凝胶，并探讨了其作为关节软骨修复材料的可行性。采用扫描电镜，红外光谱等技术手段对复合水凝胶进行显微形貌观察和结构表征。系统研究了复合水凝胶的亲水性、力学性能和生物摩擦学性能及生物相容性。主要内容与结果如下： 1.采用冷冻解冻和γ辐照相结合的方法制备的PVA/PVP复合水凝胶软骨修复材料具有类似于天然关节软骨的多孔结构。经γ辐照后，试样的表面韧性增强，内部网络结构得到强化，提高了试样的耐磨性； 2.研究了PVA/PVP复合水凝胶的亲水性，测试了PVA/PVP复合水凝胶作为生物医用材料时的溶血性，结果显示其具有良好的生物相容性； 3.PVA/PVP复合水凝胶的拉伸和压缩应力-应变呈现典型的非线性关系，是一种粘弹性材料。拉伸和压缩强度随着辐照剂量的增加，先增加后降低，随着冷冻解冻次数的增加而增加。在辐照剂量为100kGy时，拉伸和压缩强度达到最大值。拉伸模量和压缩模量均随应变的增加而增加； 4.较全面地研究了不同条件下PVA/PVP复合水凝胶的生物摩擦学性能。考察了辐照剂量、润滑条件、冷冻解冻循环次数、载荷、PVA聚合度、PVP的添加、以及不同的摩擦副等因素对水凝胶摩擦学性能的影响。辐照后，摩擦系数呈现一定的上升变化趋势，但在100kGy时，摩擦系数反而较小。摩擦系数随着冷冻解冻循环次数的增加而增加。在小牛血清润滑下的摩擦系数较去离子水和生理盐水中最小： 5.初步研究了PVA/PAAM复合水凝胶的制备，力学性能和摩擦学性能等，探讨了其作为一种新型关节软骨修复材料的可行性。 6.制备的PVA/PVP复合水凝胶具有类似于天然关节软骨的力学性能和生物摩擦学性能，是一种很有前途的关节软骨修复材料。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2关节软骨的组织学特点

1.2.1软骨的类型

1.2.2关节软骨的结构

1.2.3关节软骨的力学性能

1.2.4关节软骨的润滑机理

1.3人工关节软骨的国内外研究现状

1.3.1刺激软骨修复

1.3.2关节软骨移植

1.3.3组织工程软骨材料

1.3.4关节软骨修复材料

1.3.5 PVA水凝胶软骨修复材料

1.4本文的研究内容及意义

2聚乙烯醇复合凝胶的制备和性能研究

2.1引言

2.2实验过程

2.2.1 PVA／PVP复合水凝胶的制备

2.2.2结构表征

2.3结果与讨论

2.3.1 PVA／PVP复合水凝胶的制备

2.3.2显微形貌观察

2.3.3 FT-IR分析

2.4本章小结

3 PVA/PVP复合水凝胶的含水性和溶血性研究

3.1引言

3.2实验过程

3.2.1含水率的测定

3.2.2溶血性实验

3.2.3辐照前后的体积变化

3.2.4孔隙率的测定

3.3结果与讨论

3.3.1含水性能

3.3.2溶血性能

3.3.3辐照后的体积收缩

3.3.4孔隙率的计算分析

3.4本章小结

4 PVA/PVP复合水凝胶的拉伸和压缩力学性能研究

4.1引言

4.2实验方法

4.2.1试样的制备

4.2.2拉伸力学性能实验

4.2.3压缩力学性能实验

4.3结果与讨论

4.3.1复合水凝胶的应力-应变特性

4.3.2复合水凝胶的强度

4.3.3复合水凝胶的模量

4.4本章小结

5 PVA/PVP复合水凝胶的生物摩擦学性能研究

5.1引言

5.2实验过程

5.2.1试样的制备

5.2.2摩擦性能测试

5.3结果与讨论

5.3.1辐照剂量的影响

5.3.2润滑条件和PVP的影响

5.3.3载荷的影响

5.3.4冷冻解冻循环次数的影响

5.3.5 PVA聚合度的影响

5.3.6摩擦配副的影响

5.3.7滑动速度的影响

5.3.8磨损形貌观察

5.4本章小结

6 PVA／PAAM复合水凝胶的制备和性能的初步探讨

6.1引言

6.2 PVA／PAAM复合水凝胶的制备

6.3 PVA／PAAM复合水凝胶的性能探讨

6.3.1 PVA／PAAM复合水凝胶中单体含量测量

6.3.2表面形貌观察

6.3.3力学性能测试

6.3.4生物摩擦学性能测试

6.4结果与讨论

6.4.1 PVA／PAAM复合水凝胶的表面形貌

6.4.2拉伸和压缩力学性能

6.4.3生物摩擦学性能

6.4.4讨论

7本论文的研究总结与工作展望

7.1本论文的研究总结

7.2工作展望

致 谢

参考文献