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第 26 卷第 2 期摩擦学学报 Vol 26, No 2
2006 年 3月 TR IBOLOGY March, 2006
聚乙烯醇水凝胶的生物摩擦学研究进展
潘育松, 熊党生
(南京理工大学材料科学与工程系, 江苏南京 210094)
摘要: 介绍了聚乙烯醇水凝胶的制备方法及其物理化学性能,评述了润滑介质、摩擦配副、摩擦运动方式、水凝胶自身
特性及载荷2 和2 基体材料性质等2对2聚乙烯醇水凝胶生2物摩擦磨损性能的影响,指出今后应加强对多因素协同作用下水
凝胶磨损机理、关节运动模拟系统、关节滑液的主要组分润滑协同效应及其润滑机理的研究.
关键词: 聚乙烯醇( PVA)水凝胶; 人工关节; 生物摩擦学; 滑液
中图分类号: R318. 08; TH117. 2 文献标识码: A 文章编号: 1004 0595 (2006) 02 0188 05
目前治疗骨关节病所采用的人工全关节置换材液. 在辐射作用下,聚合物分子之间通过产生的自由
料多为金属、陶瓷和超高分子量聚乙烯等硬质材基交联而形成水凝胶.
料[ 1~3 ] . 传统的人工关节置换材料由于缺乏润滑而 1. 2 PVA水凝胶的物理化学性能
导致较大的磨损,过量的磨屑会诱发骨质溶解,进而 PVA水凝胶是由 PVA 水溶液通过物理或化学
导致植入假体松动. 近年来,人们开始仿照人体关节交联而成的 1种三维网状结构化合物,网状结构内
的软骨结构,将目前使用的人工硬质关节改进为带部含有大量水分. 其具有高弹性、化学性质稳定、无
有软垫支撑的新型人工关节以实现有效润滑,减少毒、无副作用及良好的生物相容性[ 10, 11 ] . 图 1 所示
关节材料的磨损,提高其使用寿命. 而作为人工软骨
材料,首先必须具有优良的润滑性和耐磨性. 聚乙烯
醇( PVA)水凝胶及其复合材料在摩擦学方面的优
异特性,已引起了越来越多的材料学和摩擦学工作
[ 4~7 ]
者的广泛关注. 采用摩擦学的研究手段和方法 Fig 1 Chem ical structure of poly vinyl alcohol
对 PVA水凝胶的生物摩擦学特性进行系统评价,以图 1 聚乙烯醇的分子结构
满足工程应用的需要,已成为聚乙烯醇水凝胶的研
究热点. 为聚乙烯醇的分子结构. PVA 水凝胶的力学行为表
现为明显的非线性特征,是典型的粘弹性材料. 材料
1 PVA水凝胶的制备及其性能
的模量受应变和应变速率的影响较大. 表 1给出了
1. 1 PVA水凝胶的制备方法 PVA水凝胶的基本力学性能,并同人的软骨力学性
[ 12~15 ]
PVA水凝胶的制备方法主要包括物理交联、化能进行比较.
学交联和辐射交联 3 种[ 8, 9 ] . 物理交联主要有反复
2 PVA水凝胶的摩擦磨损性能
冷冻解冻法,即将一定浓度的 PVA 水溶液在温度
- 10~ - 40 ℃冷冻 24 h左右,在室温下解冻 3 h,如 PVA水凝胶的摩擦磨损性能的影响因素较为
此反复循环,形成物理交联的 PVA 水凝胶. 化学交复杂,与材料的应用环境、摩擦副及其润滑剂等有
联主要采用化学交联剂,在一定条件下使 PVA分子关.
链之间进行化学交联从而