高强度双网络高分子水凝胶 性能 进展及展望.pdf

中国科学: 技术科学 2012 年 第42 卷 第8 期: 859 ~ 873 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 高强度双网络高分子水凝胶: 性能、进展及展望 ①* ① ① ②* 陈咏梅 , 董坤 , 刘振齐 , 徐峰 ① 西安交通大学理学院, 非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室, 西安 710049; ② 陕西师范大学化学与材料科学学院, 西安 710062 * E-mail: chenym@; fengxu@ 收稿日期: 2011-10-31; 接受日期: 2012-02-15 国家自然科学基金(批准号:、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20100201110040)、“ 中央高校基本科研 业务费专项资金” (批准号: 109和西安交通大学“新教师科研支持计划” (批准号:资助项目 摘要 作为一种虽然含有 90 wt% 的水, 但力学强度高达数十兆帕的高分子水凝胶材料, 双 关键词 网络(double network, DN)设计思路对大幅度提高水凝胶力学性能以及推动其在生物材料中应 高分子水凝胶 用研究意义重大. 近年来高强度DN 凝胶研究不断取得令人注目的进展, 在DN 凝胶概念的基 双网络 细胞亲和性 础上, 设计合成了天然和仿生DN 凝胶、低摩擦和低磨损DN 凝胶以及细胞亲和性高强度水凝 摩擦磨损 胶, 并研究了DN 凝胶的生物相容性和诱导关节软骨再生等生物材料性能. 高强度、多功能DN 生物相容性 凝胶在生物材料中的研究极大地扩展了高分子水凝胶材料的应用范围. 本文综述了DN 凝胶的 设计思路, 分析了影响其性能的因素, 并对其未来发展进行了展望. 1 引言 高分子水凝胶(hydrogels) 是一类具有化学或物 理交联结构、可吸收大量水分但不溶于水的高分子或 人类治疗疾病、进一步提高生活质量的美好愿望 大分子聚集体, 它们在水中可保持一定形状和三维 对生物材料的研究提出了更高的要求. 随着生物材 空间网络结构并迅速溶胀[9], 因此也被称为“ 水材 料研究的深入, 已经开发出了多种多样的人工组织 料”( 图 1). 高分子水凝胶同时兼具固体和液体双重性 或器官, 部分产品已上市并用于常规的临床治疗, 但 质: 从宏观尺寸的角度来看, 高分子水凝胶具有并保 是这些产品大都由硬度高、不含水的无机或有机材料 持一定的形状, 施加一定的压力后会变形, 当去除压 组成, 例如金属、塑料以及橡胶等. 虽然这些材料的 力后它会恢复原来的形状, 所以它具有固体的粘弹 力学性能具有优势, 但它们的含水率、柔软性、硬度 性; 从微观尺寸角度来看, 高分子水凝胶具有三维网 和摩擦系数等参数与人体软组织, 例如血管、关节软 络结构, 水溶性小分子可以在三维网络中自由扩 骨和肌腱之间存在显著差距. 值得提出的是人体除 散, 且扩散系数与在水溶液中接近, 所以它具有液体 了牙齿和骨头以外, 都是由生物软组织构成的. 严