Microgel-Modified Bilayered Hydrogels Dramatically Boosting Load-Bearing and Lubrication

材料科学 润滑 承重 自愈水凝胶 复合材料 抗压强度 双层 关节软骨 方位(导航) 多孔性 机械强度 摩擦学 计算机科学 医学 替代医学 病理 人工智能 生物 高分子化学 遗传学 骨关节炎
作者
Lin Peng,Danni Fu,Tingting Zhang,Shuanhong Ma,Feng Zhou
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (11): 1450-1456 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.3c00398
摘要

Hydrogel-based articular cartilage replacement materials are promising candidates for their potential to provide both high load-bearing capacity and low friction performance, similar to natural cartilage. Nevertheless, the design of these materials presents a significant challenge in reconciling the conflicting demands of the load-bearing capacity and lubrication. Despite extensive research in this area, there is still room for improvement in the creation of hydrogel-based materials that effectively meet these demands. Herein, a facile strategy is provided to realize simultaneously high load-bearing and low friction properties on the proposed hydrogel by modifying the surface of mechanically strong annealled PVA-PAAc hydrogel with a high hydration potential PAAm-co-PAMPS microgel. Consequently, a bilayer hydrogel with a porous surface and a compact substrate has been obtained. Compressive experiments confirmed that the bilayer hydrogel exhibited excellent mechanical strength with a compressive strength of 32.23 MPa at 90% strain. A high load-bearing (applied load up to 30 N), extremely low friction coefficiency (0.01-0.05) and excellent wear resistance (COF low to 0.03 after a 4 h test at 10 N using a steel ball as the contact pair) are successfully achieved. These findings provide new perspectives for the design of articular cartilage materials.
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