具有自润滑性能和承载能力的物理交联梯度双网络水凝胶

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Physically Cross-Linked Gradient Double Network Hydrogel with Self-Lubrication and Load-Bearing Capacity

聚乙烯醇/羧甲基纤维素钠梯度双网络水凝胶通过两步物理交联实现高承载与自润滑特性，底部致密双网络结构宏观压缩模量达401 kPa，顶部单网络结构摩擦系数低至9.8×10?3，为生物医学植入物提供新方案。

　　

水凝胶因其高水合性和生物相容性而成为极具前景的生物材料。然而，将优异的承载能力和自润滑性能同时整合到单一水凝胶中仍然是一个重大挑战。为了解决这一问题，我们开发了一种基于聚（乙烯醇）（PVA）和羧甲基纤维素钠（CMCNa）的物理交联梯度双网络（GDN）水凝胶，用于生物医学植入物应用。该PVA/CMC GDN水凝胶通过两步物理交联策略制备：首先，在冻融循环过程中，混合物中的PVA链通过氢键形成结晶结构，作为交联点，构建了初级物理网络；随后，Al³⁺离子从Al₂(SO₄)溶液中单向扩散进入水凝胶，与CMCNa链结合形成第二级物理网络。由此产生的Al³⁺浓度梯度导致了交联密度的空间变化，底部区域形成了致密的双网络结构，使GDN水凝胶具有优异的承载能力（宏观压缩模量：401 kPa）。相比之下，顶部区域仍保持单网络结构，确保了GDN水凝胶出色的自润滑性能。通过添加非离子表面活性剂Tween 80，即使在没有外部润滑剂的情况下，该水凝胶也能实现超低的摩擦系数（9.8 × 10^–3）。这项工作不仅展示了PVA/CMC GDN水凝胶作为生物医学植入物的巨大潜力，还提出了一种用于设计具有空间可调特性的仿生结构的多功能策略。