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γ辐照PVA基水凝胶关节软骨修复材料的制备和性能研究

作　者: 张金凤
导　师: 熊党生
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 关节软骨修复材料 PVA/PVP水凝胶 PVA/PAAM水凝胶 力学性能 生物摩擦学性能 亲水性 溶血性
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


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-解冻循坏和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。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-26
  1.1 引言  11
  1.2 关节软骨的组织学特点  11-16
    1.2.1 软骨的类型  11-12
    1.2.2 关节软骨的结构  12-13
    1.2.3 关节软骨的力学性能  13-14
    1.2.4 关节软骨的润滑机理  14-16
  1.3 人工关节软骨的国内外研究现状  16-24
    1.3.1 刺激软骨修复  17
    1.3.2 关节软骨移植  17-18
    1.3.3 组织工程软骨材料  18-20
    1.3.4 关节软骨修复材料  20-21
    1.3.5 PVA水凝胶软骨修复材料  21-24
  1.4 本文的研究内容及意义  24-26
2 聚乙烯醇复合凝胶的制备和性能研究  26-33
  2.1 引言  26
  2.2 实验过程  26-28
    2.2.1 PVA/PVP复合水凝胶的制备  26-27
    2.2.2 结构表征  27-28
  2.3 结果与讨论  28-32
    2.3.1 PVA/PVP复合水凝胶的制备  28-29
    2.3.2 显微形貌观察  29-30
    2.3.3 FT-IR分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
3 PVA/PVP复合水凝胶的含水性和溶血性研究  33-41
  3.1 引言  33-34
  3.2 实验过程  34-35
    3.2.1 含水率的测定  34
    3.2.2 溶血性实验  34-35
    3.2.3 辐照前后的体积变化  35
    3.2.4 孔隙率的测定  35
  3.3 结果与讨论  35-40
    3.3.1 含水性能  35-38
    3.3.2 溶血性能  38
    3.3.3 辐照后的体积收缩  38-39
    3.3.4 孔隙率的计算分析  39-40
  3.4 本章小结  40-41
4 PVA/PVP复合水凝胶的拉伸和压缩力学性能研究  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 实验方法  41-42
    4.2.1 试样的制备  41
    4.2.2 拉伸力学性能实验  41-42
    4.2.3 压缩力学性能实验  42
  4.3 结果与讨论  42-51
    4.3.1 复合水凝胶的应力-应变特性  42-45
    4.3.2 复合水凝胶的强度  45-48
    4.3.3 复合水凝胶的模量  48-51
  4.4 本章小结  51-52
5 PVA/PVP复合水凝胶的生物摩擦学性能研究  52-63
  5.1 引言  52-53
  5.2 实验过程  53-54
    5.2.1 试样的制备  53
    5.2.2 摩擦性能测试  53-54
  5.3 结果与讨论  54-61
    5.3.1 辐照剂量的影响  54-55
    5.3.2 润滑条件和PVP的影响  55-56
    5.3.3 载荷的影响  56-57
    5.3.4 冷冻解冻循环次数的影响  57
    5.3.5 PVA聚合度的影响  57-58
    5.3.6 摩擦配副的影响  58-59
    5.3.7 滑动速度的影响  59
    5.3.8 磨损形貌观察  59-61
  5.4 本章小结  61-63
6 PVA/PAAM复合水凝胶的制备和性能的初步探讨  63-69
  6.1 引言  63
  6.2 PVA/PAAM复合水凝胶的制备  63-64
  6.3 PVA/PAAM复合水凝胶的性能探讨  64-65
    6.3.1 PVA/PAAM复合水凝胶中单体含量测量  64
    6.3.2 表面形貌观察  64-65
    6.3.3 力学性能测试  65
    6.3.4 生物摩擦学性能测试  65
  6.4 结果与讨论  65-69
    6.4.1 PVA/PAAM复合水凝胶的表面形貌  65
    6.4.2 拉伸和压缩力学性能  65-67
    6.4.3 生物摩擦学性能  67-68
    6.4.4 讨论  68-69
7 本论文的研究总结与工作展望  69-71
  7.1 本论文的研究总结  69-70
  7.2 工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76

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中图分类: > 医药、卫生 > 基础医学 > 医用一般科学 > 生物医学工程 > 一般性问题 > 生物材料学
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