Dynamic Mechanics‐Assisted Matrix‐Directed Mineralization for Bone‐Mimetic PVA Hydrogels

矿化(土壤科学) 自愈水凝胶 极限抗拉强度 材料科学 复合材料 复合数 模数 动态力学分析 各向异性 同种类的 化学工程 化学 离子 模拟体液
作者
Guo H,Y Y Wei,Luyao Wang,Zewen Jiao,Jin Zhao,Xubo Yuan
出处
期刊:Journal of Applied Polymer Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/app.71230
摘要

ABSTRACT Developing bone‐mimetic hydrogels with both adequate mechanical performance and uniform internal mineralization remains challenging, as conventional static mineralization is diffusion‐limited and often results in heterogeneous deposition and insufficient structural organization. Here, we developed a dynamic mechanics‐assisted, matrix‐directed mineralization strategy to fabricate anisotropic poly (vinyl alcohol) (PVA)‐based composite hydrogels with bone‐mimetic hierarchical features. Anisotropic poly (vinyl alcohol)‐phytic acid (PVA–PA) scaffolds with unidirectional channels were prepared by directional freeze‐casting and freeze–thaw crosslinking. These scaffolds then underwent cyclic stretching‐assisted mineralization (involving periodic mechanical loading, hereafter abbreviated as dynamic mineralization) in simulated body fluid. Compared with static mineralization, dynamic mineralization promoted deeper ion infiltration, more homogeneous inorganic deposition, and greater mineral accumulation. The high‐temperature residual mass increased from 4.01 wt.% in the statically mineralized hydrogel after 3 cycles (S‐3) to 10.02 wt.% in the dynamically mineralized hydrogel after 3 cycles (D‐3), while the Hermans orientation factor increased from 0.114 to 0.363. These structural changes were accompanied by improved mechanical performance: D‐3 exhibited a tensile modulus of 0.230 MPa and an ultimate stress of 0.639 MPa, compared with 0.199 MPa and 0.361 MPa for S‐3, respectively. Overall, dynamic mineralization offers an effective strategy for improving mineralization uniformity, structural anisotropy, and mechanical performance in bone‐mimetic hydrogels.
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