生物软骨水凝胶表面高分子刷的超润滑行为研究

项目名称： 生物软骨水凝胶表面高分子刷的超润滑行为研究

项目编号： No.51273059

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 一般工业技术

项目作者： 李学锋

作者单位： 湖北工业大学

项目金额： 80万元

中文摘要： 水凝胶润滑材料是人造生物软骨的基础。为克服水凝胶润滑行为不稳定、强度低的缺陷，本项目研究聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠/聚丙烯酰胺（PNaAMPS/PAAm）互穿网络水凝胶的构筑方式与润滑原理。利用紫外光引发聚合反应，制备第一层网络为栅格状聚集态结构的PNaAMPS，采用与阴离子电解质单体共聚、交联剂含量与聚合模板极性调节等方法，实现第二层网络PAAm表面分子刷的长度和电荷强度可调整，研究水凝胶表面高分子刷与高润滑及失效的关系。利用微球探头型摩擦模式的原子力显微镜、旋转摩擦模式的平板流变仪手段，研究水凝胶表面高分子刷与摩擦副间形成的"高分子刷粘弹摩擦"与"水层润滑膜"的相互作用，讨论实现水凝胶超润滑的原理。该项目的成功实施，将为高含水、高强度及超润滑生物软骨材料的研究提供新的研究思路与理论依据。

中文关键词： 水凝胶；润滑；高分子刷；生物软骨；

英文摘要： Hydrogel lubricating materials are the basis for biological cartilage. To overcome unstable lubrication behavior and low strength of hydrogel, this project will study fabrication and lubrication theory of poly 2 - acrylamide-2 - methyl sulfonate / polyacrylamide (PNaAMPS / PAAm) IPN hydrogel. By UV initiated polymerization, PNaAMPS / PAAm hydrogel will be prepared with the first network-like structure of the grid PNaAMPS, using second anionic electrolyte monomers, content of crosslinker and polarity of polymerica template surface to achieve the second network PAAm with molecules brush adjusting the length and intensity of the charge on the surface. We will study relationship between the molecules brushes on hydrogel surface and the high lubrication and failure. Using atomic force microscope with sphere probe of micro-friction model and plate rheometer with rotation friction model, the super-lubrication principle of hydrogel surface friction interaction between hydrogel formed the "brush visco-elastic friction" and "water layer lubricant film" will be discussed. The successful implementation of the project will provide new research methods and valuable theoretical foundation of the high water content, high strength and super-lubricating materials for biological cartilage.

英文关键词： Hydrogel；Lubrication；Polymer brush；Biological cartilage；