第十四届全国表面工程大会

关节软骨是一种具有多孔结构的固液两相材料，可缓解关节在日常活动中受到的冲击，并通过自适应多模润滑机制降低摩擦。但其因外力等因素一旦出现磨损，很难自行修复，导致关节功能障碍。为了减小关节面接触应力，降低关节间的摩擦与磨损，提高关节的使用寿命，以及深入了解仿生软骨层与骨关节头、窝之间的连接问题，开发了一种新型复合水凝胶，用于关节软骨的仿生替代。通过自由基聚合和酯交换反应实现了单体和交联剂之间的化学结合，形成了相互交织的三维多孔网络结构。这种复合水凝胶具有优异的基本理化性质 (与天然关节软骨相似的含水量、良好的热稳定性和亲水性，以及较低的损耗因子)，抗压应力也可达到人体关节软骨承受的正常压力范围。同时，复合水凝胶展现了良好的水结合性能，可形成稳定的水合层，维持较低的能量耗散，在“软-软接触”往复滑动方式下，获得了较低的摩擦系数。此外，在常规三项 (体外细胞毒性、皮肤致敏和刺激反应) 生物评价中，新型复合水凝胶样品浸提液培养的细胞无潜在细胞毒性，且通过了皮肤刺激与致敏试验，展现了良好的生物相容性。有望促进新型人工关节的仿生设计与制造，推动关节仿生过程中材料与界面科学的发展。