摘要
关节软骨在人体内起着吸收冲击，促进负载的均匀分布，减少相对关节表面之间的摩擦和磨损，促使关节运动平稳的重要作用。但软骨中血管缺乏且软骨细胞数量稀少，使得其受到损伤时自我修复能力极为有限，因此人们不得不使用各种手段对损伤软骨进行治疗。其中使用人工材料对损伤软骨进行替换是一种非常有应用前景的治疗方法，聚乙烯醇水凝胶以其高含水率、生物相容性和良好的力学性能，被认为是用于关节软骨修复的候选材料。为使植入的聚乙烯醇水凝胶与宿主组织形成牢固的生物固定，水凝胶中需要具有适宜的孔径和孔结构为软骨细胞提供增殖的微环境。冷凝胶法是一种常用的制备聚乙烯醇水凝胶的方法，但通常这种方法制备出的水凝胶的孔径小，难以满足软骨细胞的繁殖和生长的要求。基于此，本文向聚乙烯醇中引入促进冰晶形成的生物相容性物质（琼脂糖、单宁酸），通过冷凝胶法制备出了兼具大孔结构和良好力学性能的聚乙烯醇水凝胶。 通过引入一定量的琼脂糖作为冰晶诱发剂制备出了具有大孔结构，较高孔隙率和良好力学性能的聚乙烯醇水凝胶。同时，生物相容性实验证明该聚乙烯醇水凝胶能很好的维持细胞的繁殖和增长。进一步研究发现，该大孔高强聚乙烯醇水凝胶的形成机理是：琼脂糖的添加使得大量的水分子被聚集在琼脂糖分子的周围，从而促进了冰颗粒的形成与生长，最终使水凝胶出现大孔，另一方面这种水分子的聚集现象也使得水凝胶中局部聚乙烯醇浓度增加，从而提升了聚乙烯醇水凝胶的结晶度，增强水凝胶的力学性能。 进一步制备了兼具大孔结构和良好力学性能的聚乙烯醇-单宁酸复合水凝胶，生物相容性实验证明该水凝胶能有效促进软骨细胞的繁殖和增长。其中聚乙烯醇分子链与单宁酸小分子之间的强烈氢键作用是该聚乙烯醇-单宁酸水凝胶形成大孔和提升力学性能的关键因素。氢键的形成直接提升了水凝胶的力学性能，同时也使得前驱体中的聚乙烯醇分子链大量聚集在一起，从而导致前驱体中的聚乙烯醇呈非均匀分布的状态，聚乙烯醇贫乏区具备了更强的形成冰晶的能力，在冷冻时形成的大尺寸冰颗粒，诱发水凝胶中大孔的形成。
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