【摘 要】
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人体组织中的关节软骨在人体运动中起着重要的作用,然而人体关节随着年龄增大和伤病增加会导致逐渐老化,研究者们通常会采取关节置换的方法,因此对于人工关节软骨替代品需要具备以下优点:（1）良好的力学性能,以承受人体的压力并支持日常运动;（2）良好的生物相容性;（3）低摩擦,减少对周围组织的损伤。水凝胶材料作为一种富含水而且具有良好生物相容性的高分子材料,具有较低的摩擦系数（COF）。水凝胶材料已经在人体
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人体组织中的关节软骨在人体运动中起着重要的作用,然而人体关节随着年龄增大和伤病增加会导致逐渐老化,研究者们通常会采取关节置换的方法,因此对于人工关节软骨替代品需要具备以下优点:（1）良好的力学性能,以承受人体的压力并支持日常运动;（2）良好的生物相容性;（3）低摩擦,减少对周围组织的损伤。水凝胶材料作为一种富含水而且具有良好生物相容性的高分子材料,具有较低的摩擦系数（COF）。水凝胶材料已经在人体关节置换材料领域成为研究热点之一。迄今为止,聚乙烯醇（PVA）因其多功能性和生物相容性常常被用于构建水凝胶。然而,PVA水凝胶力学性能较差,提高水凝胶的力学性能可以通过引入高分子聚合物构筑多网络结构或者引入纳米粒子。本文以PVA、羧甲基纤维素（CMC）为基体,PVA/CMC网络为基本骨架,通过向其中引入不同物质,制备高力学性能和低摩擦性能的水凝胶材料,主要工作如下:（1）引入天然高分子聚合物-琼脂（Agar）。研究以PVA和Agar为基本骨架,CMC作为交联剂,通过两步法制备PVA/CMC/Agar水凝胶。相比于PVA/Agar水凝胶,PVA/CMC/Agar水凝胶断裂应变为提高了1.5倍,经过连续5次的循环拉伸,自恢复率最大为65%;PVA/CMC/Agar水凝胶还具有良好的抗压性能,其最大压缩应力是纯PVA水凝胶的1.6倍。均匀分布的CMC很好的提高了水凝胶的润滑性能,在摩擦性能方面,PVA/CMC/Agar水凝胶平均COF最低为0.028,明显低于人工软骨摩擦系数（COF=0.11）。（2）引入纳米粒子Si O2。通过冻融循环PVA/CMC和MTMS（甲基三甲氧基硅烷）的混合溶液制备PVA/CMC/MTMS水凝胶。MTMS在酸化条件下生成Si O2纳米粒子增强PVA水凝胶力学性能,而且MTMS结构中的Si-OH易与PVA/CMC网络中的-OH形成氢键,增强水凝胶的亲水性。相比纯PVA水凝胶,PVA/CMC/MTMS水凝胶最大拉伸应力提升了1.05倍,断裂应变提升了1.35倍,最大压缩应力提升了3.2倍。PVA/CMC/MTMS水凝胶5次拉伸循环后的最大拉伸应力（1.22 MPa）是PVA/CMC水凝胶（0.4 MPa）的3倍,表明PVA/CMC/MTMS水凝胶具有良好的抗拉性能和抗压性能;PVA/CMC/MTMS水凝胶还具有良好的低摩擦性能,平均COF最小达到了0.043,明显低于人工软骨摩擦系数（COF=0.11）。（3）引入无机盐硼砂（四硼酸钠）。研究以Borax（硼砂）作为交联剂,以PVA和CMC为基本框架,利用Borax与PVA链和CMC链可以形成可逆的二醇硼酸酯键,制备PVA/CMC/Borax水凝胶。在力学性能方面,PVA/CMC/Borax水凝胶的最大拉伸应力相比纯PVA水凝胶提高了1.5倍,连续5次循环拉伸后表现出良好抗疲劳性能;在压缩性能方面,PVA/CMC/Borax水凝胶最大压缩应力相比纯PVA水凝胶提升了1.8倍;摩擦性能方面,PVA/CMC/Borax水凝胶平均COF最小为0.032,明显低于人工软骨摩擦系数（COF=0.11）。
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