文献综述
1.前言
水凝胶是一种低能耗环保的材料，因具有与人体软组织相似的结构而成为其理想的替代材料，长久以来力学强度不足一直制约着水凝胶在软组织替代材料方面的应用，直到高强度的双层网络（Double network）水凝胶出现。
水凝胶在生物组织工程中具有很大的潜力，在众多的高强度水凝胶中，双层网络水凝胶已经被证明是一种有效增强水凝胶强度的方式，同时双层网络水凝胶由于简单易制备，原料选择多，制作成本低而受到人们的重视。生物软骨是一种天然的凝胶，同时合成水凝胶内部高含水，具有高弹性、耐磨等优点[1]，因此水凝胶在生物软骨上具有潜在的应用。但由于在生物软骨上应用的水凝胶对力学性能和摩擦性能有较高的要求，所以大部分的合成水凝胶需要改进。由于PVA水凝胶具有较好的生物相容性，化学性质也比较稳定，易于合成，同时PVA水凝胶具有和生物软骨相近的力学性能和优异的摩擦性能。因此，PVA是一种非常有潜力的关节软骨替代材料。目前PVA水凝胶的力学性能与生物软骨相比还存在明显差距，PVA水凝胶在反复磨损后不能自修复，导致残损部分留下安全隐患。双层网络水凝胶作为一种在关节软骨替代材料应用上大有前途的高强度水凝胶，得到了科学研究人员较大的关注，关于双层网络水凝胶的研究成果也较多。
2.双层网络水凝胶的研究
2.1双层网络水凝胶的研究目的
近几年来，高强度水凝胶的合成及研究日益成为热点[2]。美国将水凝胶组织工程评为09年十大前沿科技的第二位。人体关节的摩擦是由于具有比硬质固体物质低的多的摩擦力和摩擦系数[3]，成为近年来几次理论领域和材料应用领域中活跃的研究课题之一。水凝胶是一种低能耗环保的材料，科研人员发现水凝胶是目前代替生物组织最好的材料，它的高含水性、高弹性以及保水性是其他材料所不具备的，作为一种新型的高分子材料，水凝胶对生物医学的发展具有重要的意义。现阶段已有高强度纯物理交联双网络水凝胶的相关报道，但其单网络仍采用小分子聚合得到，其生物降解性有待提高。
2.2国内外研究现状
双层网络水凝胶是指使两种不同结构的亲水性高聚物分步聚合并交联，形成相互贯穿的均匀网络。化学交联双网络所需保证原则为[4]：硬而脆的聚合物电解质作为第一网络，软而弱的中性高分子作为第二网络；第二网络的单体摩尔浓度为第一层的 20-30 倍；保证第一网络的高交联度和第二网络的低交联度来实现不均匀的网络结构。
2.2.1双层网络水凝胶
Gong等[5]2003年在紫外光条件下，选用生物光引发剂成功合成并提出双层网络（DN）水凝胶,该水凝胶由 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）单体高度交联形成刚性的第一网络 PAMPS，丙烯酰胺（AAm）低交联形成柔性的第二网络 PAAm，两层网络相互穿插形成互穿网络结构水凝胶（IPN凝胶）。这种新型双层网络水凝胶相比于传统单层网络凝胶在力学性能上有显著提升，体现了PAMPS/AAm 相对于单网络的显著增强效果。在双层网络中，第一网络为聚合物电解质可溶胀吸收溶剂，Nakajima[6]则通过引入支架合成了两层网络均由中性高分子合成的双网络水凝胶。与传统双层网络不同，在第一中性网络合成后引入强的聚合物电解质从而形成半互穿网络。Kaneko等[7]在网络结构中引入聚电解质高分子链，使摩擦系数低至10-5，从而完成对双层网络水凝胶的改性。2012年，一种新型的双层网络水凝胶由于表现出优异的能量耗散与力学性能的恢复而引起了研究者们的极大关注，这种水凝胶采用物理交联聚合物作为第一层网络，化学交联聚合物作为第二层网络，在收到较大外力导致凝胶结构遭到破坏后，可通过物理交联键的再次形成实现力学强度的恢复[8]。Gong[9]在 2013 年再次首先报道了一种利用带正反电荷聚合物电解质制备的高强度水凝胶，其增强机理与 DN 类似，聚合物电解质间的强弱离子作用构成了牺牲键。
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