人体除了牙齿、指甲和骨骼外，其他都是由软组织组成。一些受力的软组织如软骨、筋、韧带、肌肉等，虽然含有30~80%的水份，却表现出诸多非常优异的机械性能，如坚韧、抗冲击、低摩擦等。水凝胶是由亲水性聚合物构成的高分子网络，它可以吸附大量的水，且吸附、脱附、渗透等性质，这些特性与生物体软组织有很多相似性。然而，普通化学交联的水凝胶软而弱，强度低、形变小限制了它在受力软组织的修复和替代领域的应用。近十几年来，高强度水凝胶的设计、制备和性能研究都取得了长足发展，一系列新颖结构和高机械性能的水凝胶已经被开发出来。然而，水凝胶在固体表面的摩擦系数低，通常难以黏附在固体表面上。作为软骨修复和替代材料，高强度水凝胶与骨组织的紧密结合是水凝胶应用的难题之一。

最近，日本北海道大学的龚剑萍教授课题组利用水凝胶的渗透性质、羟基磷灰石（HAp）的骨传导性和骨组织的动态特性，把表面沉积有HAp的双网络水凝胶（HAp/DN凝胶）植入到有缺陷的骨组织中，成功实验了水凝胶与骨组织的紧密结合。经过原位矿化4周后，HAp/DN凝胶可以与骨组织形成非常紧密的结合，其结合强度达到约40 N，远远高于没有HAp修饰的DN凝胶（< 5 N）（图1D）。通过染色处理和红外光谱分析可以得知，在原位矿化过程中，胶原大分子渗透到了HAp/DN凝胶中，而在植入的DN凝胶中则相对较少（图1E）。研究发现，胶原/HAp/DN凝胶的压缩强度（~11.25 MPa）也高于胶原/DN凝胶（~0.68 MPa）和胶HAp/DN凝胶（~1.04 MPa），结果表明胶原渗透到DN凝胶中，并增强了凝胶的机械性能。

图1.HAp/DN凝胶植入实验（A和B）、结合强度分析（C和D）、染色实验（E）和红外光谱分析（F）

图2. HAp/DN凝胶植入前后的场发射透射电子显微镜照片对比

通过场发射投射电子显微镜可以进一步解析HAp纳米粒子在植入前后的变化。如图2所示，在植入前，HAp/DN凝胶表面基本被HAp纳米粒子所覆盖，凝胶从表面到内部，HAp纳米粒子逐渐减少。植入后，HAp/DN凝胶与骨组织界面模糊，从凝胶内部到骨组织，HAp纳米粒子呈现梯度分布，并且相对植入前在凝胶内部可以发现更多的HAp纳米粒子，表明HAp纳米粒子的骨诱导性在形成凝胶与骨的紧密结合中起到重要作用。该策略由于简单易行、凝胶与骨组织的结合力强，也不依赖于凝胶的网络化学结构，使其有可能加速推进高强度水凝胶应用于软骨修复和替代领域。

————来源：高分子科学前沿