关节软骨是覆在骨骼端部的一层特殊结缔组织,其溶胀网络在10-200(u)m的尺度空间.亲水的蛋白聚糖与胶原蛋白II交织在一起构成纤维网络,构建了一个吸收震动的点阵.它是一种无血管、神经和淋巴腺的组织.它富有弹性,能通过自身的变形缓解冲击压力,吸收震荡,传递负荷,光滑耐磨,并能主动润滑关节.关节软骨损伤是临床骨科的常见疾病.软骨组织的自修复能力十分有限,一旦发生损伤病变,必须进行手术修复或置换.其修复过程是：将体外分离扩增的软骨细胞和生长因子或生物活性物质复合,然后导入某种支架,再通过手术或微创注射的方法修复缺损的软骨.支架材料对于修复的软骨的质量起到至关重要的作用.除具有良好的机械物理性能外,支架需要提供适于软骨组织再生的微环境.水凝胶支架的水溶液环境更有利于保护细胞,保护那些易失活的药物,有利于运输营养和细胞分泌产物等.在一定条件下,水凝胶可以保持流动状态,在外部物理或化学刺激下形成具有一定形状和强度的体型材料,被认为是具有优势的软骨修复和替代材料.高分子水凝胶在软骨修复材料方面的研究已经取得了较大进展.其中基于聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖、透明质酸,聚丙烯酰胺(PAM)等改性的和功能化的水凝胶倍受人们关注.但是,单组份高分子水凝胶还不能满足软骨修复材料的需要,其力学性能、生物相容性、材料的降解性等方面还有许多问题尚未解决.较多采用的方案是将合成高分子与天然高分子复合,掺杂其它有助于生物活性和细胞生长的成分,进而改进其生物相容性和力学性质.我们已经开展研究的复合高分子水凝胶体系有：PVA/壳聚糖,PVA/PVP,PVA/葡聚糖,结冷胶/壳聚糖纤维,PVA/壳聚糖/氧化石墨烯(GO),PVA/结冷胶,PVA/α羟基磷灰石等.PVA 水凝胶具有较好的力学性质,引入壳聚糖、葡聚糖、结冷胶等以改善其生物相容性,引入氧化石墨烯以改善其负载生物生长因子的功能,引入α羟基磷灰石等以改善其骨骼的生长环境.两种高分子材料共混产生的效应可以归因于两个组分或结构基团的相互作用.这种作用的效应与其微环境和介质有关.复合水凝胶提供了一个特殊的物理化学模型体系.其结构与性质间的关系,分子与支架的相互作用,介质的效应等需要通过物理化学参数的变化和恰当的表征才能得到反映.热力学研究则表现在水凝胶的溶胀平衡、热失水动力学、材料的热力学参数等方面.水凝胶中水对材料的润滑、生物相容性、抗击冲撞和压力等起着重要的作用也是值得注意的方面.支架结构和组成变化对凝胶持水量的影响、分子在支架和凝胶微介质中的吸附平衡等也是我们关注的问题.目前,我们已经开展研究的物理化学性质有：水凝胶体系的热失水动力学、等温溶胀动力学、平衡含水量、凝胶的溶胀平衡,结晶度、凝胶的力学性质,凝胶的结构.考察体系的性质随组成的变化、随制备条件的变化,进而获取对凝胶改性和研发具有参考价值的信息.