文 献 综 述
仿生学已成为科研工作者开发新材料,提出新构想和解决工程技术疑难问题最主要的创新来源。人体关节系统匹配人体活动产生极其复杂的功能,软硬界面性能对维持关节功能正常运行尤为重要。水凝胶具有独特的高含水量三维网络结构是制造功能性生物材料的理想材料。聚醚醚酮(PEEK)具有优异的机械性能和生物力学相容性,已成为人工关节材料研究热点之一[1-3]。
人工关节表面仿生软骨层不仅能够有效改善传统硬质人工关节表面的润滑性能、降低人工关节的磨损率，还可提高材料抗生理冲击载荷能力，最终延长人工关节的使用寿命。骨与关节损伤是人们生活中常见的症状之一。目前广泛采用人工关节置换术来解决这一问题，但人工关节材料在运动过程中会发生较强的摩擦磨损行为，其使用寿命还达不到人们的要求。人们希望能找到最佳的人工关节置换材料来提高患者的生命质量[4-8]。
聚醚醚酮是指大分子主链由芳基、酮键和醚键组成的线性聚合物，它是目前可大批量生产的唯一的聚芳醚酮品种，英文名称为polyetherether ketone，简称PEEK。聚醚醚酮具有热固性塑料的耐热性、化学稳定性和热塑性塑料的成型加工性。聚醚醚酮还具有优异的耐热性。其热变形温度为160℃，当用20%~30%的玻璃纤维增强时,热变形温度可提高到280~300℃。聚醚醚酮的热稳定性良好，在空气中420℃。2h情况下失重仅为2%，500℃时为2.5%，500℃时才产生显著的热失重。聚醚醚酮的长期使用温度约为200℃，在此温度下，仍可保持较高的拉伸强度和弯曲模量，它还是一种非常坚固的材料，有优异的长期耐蠕变性和耐疲劳性能。聚醚醚酮的化学稳定性也非常好，除浓硫酸外，几乎对任何化学试剂都非常稳定，即使在较高的温度下，仍能保持良好的化学稳定性。另外，它还具有极佳的耐热水性和耐蒸汽性。在200~250 ℃的蒸汽中可以长时间使用。PEEK纯料的性能难以满足不同行业领域的不同需求，故在特种工作环境需要对PEEK进行改性，其主要手段有共混改性、共聚改性、复合增强改性、填实改性、纳米改性和表面改性等技术。通过改性可以增加PEEK的某方面性能，如耐磨性、冲击强度等，从而扩展了PEEK的应用范围，降低了材料的使用成本，改良了PEEK的加工性能[9-12]。
水凝胶是一种具有高含水量的三维网络聚合物,聚合物水凝胶多种性能包括韧性、响应性、自愈合和粘合性等使其在多种领域具有巨大的应用前景。特别是，粘附水凝胶在电子皮肤、组织粘合剂、给药载体、伤口敷料、软机器人、生物医用设备、可穿戴设备等方面引起了巨大研究兴趣。柔性的水凝胶能够更好地粘附在基质表面。另外，粘附水凝胶良好的机械性能保证其在应用期间高效稳定使用。因此，期望制备具有高韧性和多功能的粘附水凝胶。两性离子在同一重复单元中具有阳离子季胺基团和阴离子磺酸基团，整体电中性，具有高偶极矩。两性离子聚合物之间可形成链间偶极-偶极缔合。两性离子基团能够与其他的带电基团或极性基团形成离子-偶极或偶极-偶极相互作用。两性离子基团可促进离子传导。两性离子的特殊结构使其具有多种性能[13,14]。
水凝胶拥有与天然关节软骨相似的三维多孔网络结构、高含水量以及良好的生物相容性，被认为是很有潜力的软骨修复材料。关节软骨长期在高的交变生理冲击、复杂多向运动和高载摩擦磨损等苛刻环境工作，研究满足生物力学和摩擦学性能要求的新型水凝胶软骨是一项具有挑战的科学与技术问题[15,16]。
通过本毕业设计的开展，要求学生认真阅读、翻译相关文献，对该课题的基础知识充分了解，综合运用所学基础理论和专业知识，合理设计实验，掌握各种实验测试的原理及操作方法。对于实验出现的问题进行科学分析，找出合理的解决方案，并对实验结果分析讨论。按时完成实验任务以及数据处理分析，并撰写一篇完整的毕业论文。
参考文献：
[1] 毛佳恒. 仿生人工关节材料制备与界面性能研究[D]. 安徽理工大学, 2019.
[2] Schroeder Stefan, Braun Steffen, Mueller Ulrike, et al. Carbon-fibre-reinforced PEEK: An alternative material for flexion bushings of rotating hinged knee joints?[J]. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2020, 101: 103434.
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