A Synthetic Hydrogel Composite with a Strength and Wear Resistance Greater than Cartilage

材料科学 聚乙烯醇 复合数 细菌纤维素 复合材料 极限抗拉强度 抗压强度 软骨 纤维素 胶粘剂 湿强度 化学工程 解剖 图层(电子) 医学 工程类
作者
Jiacheng Zhao,Huayu Tong,Alina Kirillova,William J. Koshut,Andrew J. Malek,Natasha Brigham,Matthew L. Becker,Ken Gall,Benjamin J. Wiley
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (41) 被引量:59
标识
DOI:10.1002/adfm.202205662
摘要

Abstract Key hurdles for replacing damaged cartilage with an equivalent synthetic construct are the development of a hydrogel with a strength that exceeds that of cartilage and fixation of this hydrogel onto the surface of an articulating joint. This article describes the first hydrogel with a tensile and compressive strength (51 and 98 MPa) that exceeds those of cartilage (40 and 59 MPa), and the first attachment of a hydrogel to a metal backing with a shear strength (2.0 MPa) that exceeds that of cartilage on bone (1.2 MPa). The hydrogel strength is achieved through reinforcement of crystallized polyvinyl alcohol with bacterial cellulose. The high attachment strength is achieved by securing freeze‐dried bacterial cellulose to a metal backing with an adhesive and a shape memory alloy clamp prior to infiltration and crystallization of the polyvinyl alcohol. The bacterial cellulose‐reinforced polyvinyl alcohol is three times more wear resistant than cartilage over one million cycles and exhibits the same coefficient of friction. These advances in hydrogel strength and attachment enable the creation of a hydrogel‐based implant for durable resurfacing of damaged articulating joints.
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