双网络水凝胶软骨修复材料的制备与研究

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摘要在软骨组织修复与再生中,水凝胶支架能够为细胞的增殖与分化提供更接近于天然软骨细胞外基质的微环境,是软骨组织修复的一种理想材料。我们以紫外线辐照的方法制备了由两种具有生物相容性的聚丙烯酸(PAA)和聚丙烯酰胺（AAm）构成的具有高强度的新型双网络水凝胶。通过加入SiO2纳米颗粒强化双网络结构（PAMPS/PAAm），成功制备了一种具有高压缩性能的双网络水凝胶。首先用SiO2颗粒与丙烯酸混合通过紫外线辐照形成第一网络，然后加入丙烯酰胺溶液中引入第二网络，最终获得具有高韧性的DN水凝胶。我们对含SiO2纳米颗粒DN凝胶的机械强度、孔隙率、溶胀、形貌特征等进行了表征，并与纯PAA/AAm DN凝胶做了对比。结果发现，SiO2纳米颗粒的加入使DN水凝胶的压缩性能得到改善。67807

毕业论文关键词 DN水凝胶双网络 PAA/AAm 二氧化硅纳米颗粒

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title Preparation and Property of Double-network Hydrogels for Cartilage Regeneration

Abstract

Highly hydrated hydrogels can better mimic the chemical and physical environments of cartilage extracellular matrix and therefore are ideal biomaterials for cartilage regeneration. Novel double-network (DN) hydrogels with high mechanical strength have been fabricated with two biocompatible polymers, poly(acid acrylic)(PAA)and poly(acrylamide) (AAm), through ultraviolet irradiation. We have successfully developed hydrogels with high compressive toughness by reinforcing the double-network structure (PAA/AAm) with grafted silica nanoparticles. Silica nanoparticles grafted with vinyl end groups were used as macro-crosslinkers to copolymerize with AMPS, yielding a nanocomposite first network. Subsequent introduction of a secondary PAAm network resulted in super-tough double-network (DN) composite hydrogels. Some properties of the silica-grafted DN hydrogels, such as the mechanical strength, compressive strength, swelling behavior, and morphology have been characterized, in comparison with silica nanoparticle-filled DN gels without covalent bonding to the polymer network.

Keywords DN hydrogels； Double-network；PAA/AAm；silica nanoparticles

1 引言（或绪论）1

1.1研究背景及选题意义 1

1.2关节软骨组织及软骨损伤 1

1.3关节软骨损伤的修复方法 2

1.4组织工程支架软骨修复材料 4

1.5双网络水凝胶软骨修复材料 5

2 实验过程 7

2.1实验设备及药品 7

2.2 PAA/AAm双网络水凝胶的制备8

2.3微观形貌的观察8

2.4傅里叶红外（FT-IR）分析 11

2.5孔隙率的测定 11

2.6溶胀率的测定11

3 实验结果与分析 12

3.1 SiO2纳米颗粒的制备 12

3.2双网络水凝胶的制备14

3.2.1 PAA/AAm交联网络的形成 15

3.2.2 PAA与AAm相互作用15

3.2.3制备工艺的选择16

3.3微观结构分析 16

3.4傅里叶红外光谱分析18

3.5孔隙率的测定 20

3.6 PAA/AAm水凝胶的溶胀性分析21

结论 22

致谢 23

参考文献24

1 引言（或绪论）

关节软骨修复是骨科医学领域的一项挑战。在软骨组织修复与再生中,水凝胶能够为细胞的增殖与分化提供更接近于天然软骨细胞外基质的微环境,是软骨组织修复的一种理想材料。水凝胶来源于天然或人工合成的聚合物，显示出与关节软骨相似的机械性能，溶胀性和润滑性，而且具有细胞亲和性。利用水凝胶，软骨组织可以在体内外被设计成语天然软骨相同的机械性能。