等溫等压(NPT)系综下进行50ps的分子动力学计算，而后将NPT系综分子动 力学计算所得到的最终模型在(恒溫恒容)NVT系综下进行SOps的分子动力学计算。
[0028] 待聚乙締醇水凝胶体系平衡后，再对聚乙締醇水凝胶平衡轨迹进行静态力学性能 分析，得到聚乙締醇水凝胶体系的力学性能:运里关注聚乙締醇水凝胶体系的弹性模量为 5.86帥 a O
[0029] 步骤3:根据病患对软骨支架力学性能的要求(弹性模量6.75GPa)，W及步骤2得到 的聚乙締醇水凝胶体系的力学性能(弹性模量为5.86Gpa)，调整构建聚乙締醇水凝胶体系 无定型晶胞模型的聚乙締醇高分子链与水分子的质量比。此时，所建模型的力学性能小于 实际需求，因此减少模型中的水分子，再重复步骤2;通过不断调整PVA水凝胶体系的组分 比，对相应体系进行力学性能计算，直至聚乙締醇水凝胶体系的力学性能达到病患对软骨 支架力学性能的要求，得到此时聚乙締醇高分子链与水分子的质量比m:n，本实施例得到的 m: n为30:70，计算模型所含水分数为1140。
[0030] 步骤4:依据步骤3计算所得的聚乙締醇高分子链与水分子的质量比m:n，称取相应 质量的聚乙締醇高聚物和去离子水;即本实施例中分别称取15g PVA，35g去离子水。
[0031] 步骤5:将所称取的聚乙締醇高聚物与去离子水放入到烧杯中混合并在室溫下揽 拌均匀，然后放入90°C恒溫水浴锅中；待聚乙締醇高聚物完全溶解后，将装有聚乙締醇水溶 液的烧杯从水浴锅中取出，并置于60°C烘箱恒溫去泡。
[0032] 步骤6:待步骤5所得的聚乙締醇水溶液澄清后，将该聚乙締醇水溶液倒入具有病 患软骨支架外观形状的医用模具中，然后连同模具一起进行5次冷冻-解冻循环处理，得到 聚乙締醇软骨支架;单次冷冻-解冻处理过程为:将装有聚乙締醇水溶液的模具在-20°C环 境下冷冻16小时，然后再置于25°C恒溫水浴环境下解冻6小时。
[0033] 对所得的PVA软骨支架进行力学性能测试，并得出此时的测量值为6.26GPa，该结 果与理论值相差不大，在可W接受的范围。
[0034] 实施例2:
[0035] 本实施实例中，具体实施步骤与例1不同的是步骤3最终所建模型中含水分子个数 为1960，PVA高分子链为4条，记录的实验材料PVA和去离子水质量比m:n为20:80,所建模型 弹性模量的理论计算值为4.96GPa。而制备软骨支架称取的PVA为lOg，去离子水40g，且所制 的软骨支架弹性模量实验测试结果是4.48GPa，该结果与理论值相差不大，在可W接受的范 围。
[0036] 实施例3:
[0037] 本实施实例中，具体实施步骤与例1不同的是步骤3最终所建模型中含水分子个数 为3300，PVA高分子链为3条，记录的实验材料PVA和去离子水质量比m:n为10:90,所建模型 弹性模量的理论计算值为3.78GPa。而制备软骨支架称取的PVA为5g，去离子水45g，且所制 的软骨支架弹性模量实验测试结果是3.39GPa，该结果与理论值相差不大，在可W接受的范 围。
[003引实施例4:
[0039] 本实施实例中，具体实施步骤与例1不同的是步骤3最终所建模型中含水分子个数 为4650，PVA高分子链为2条，记录的实验材料PVA和去离子水质量比m: n为5:95，所建模型弹 性模量的理论计算值为3.OlGPa。而制备软骨支架称取的PVA为2.5g，去离子水47.5g，且所 制的软骨支架弹性模量实验测试结果是2.92GPa，该结果与理论值相差不大，在可W接受的 范围。
[0040] 上述四个实施例的实验数据见表1。
[0041] 表1不同组分比PVA水凝胶软骨支架弹性模量的数值计算与实验测试结果
[0043]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可W理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可W对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种力学性能可控的聚乙烯醇软骨支架的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： 步骤1:通过分子动力学模拟仿真软件分别构建聚乙烯醇高分子链模型和水分子模型， 将构建的聚乙烯醇高分子链与水分子按M:N的质量之比构建聚乙烯醇水凝胶体系的无定型 晶胞t吴型； 步骤2:在分子动力学模拟仿真软件中建立适用于步骤1所得聚乙烯醇水凝胶体系的无 定型晶胞模型的力场环境;并在力场环境下对聚乙烯醇水凝胶体系的无定型晶胞模型进行 分子动力学仿真;待聚乙烯醇水凝胶体系平衡后，再对聚乙烯醇水凝胶平衡轨迹进行静态 力学性能分析，得到聚乙烯醇水凝胶体系的力学性能； 步骤3:根据病患对软骨支架力学性能的要求，以及步骤2得到的聚乙烯醇水凝胶体系 的力学性能，调整构建聚乙烯醇水凝胶体系无定型晶胞模型的聚乙烯醇高分子链与水分子 的质量比，再重复步骤2,直至聚乙烯醇水凝胶体系的力学性能达到病患对软骨支架力学性 能的要求，得到此时聚乙烯醇高分子链与水分子的质量比m:n; 步骤4:依据步骤3计算所得的聚乙烯醇高分子链与水分子的质量比m:n，称取相应质量 的聚乙烯醇高聚物和去离子水； 步骤5:将所称取的聚乙烯醇高聚物与去离子水混合并在室温下搅拌均匀，然后放入90 °C恒温水浴环境中；待聚乙烯醇高聚物完全溶解后，将装有聚乙烯醇水溶液的容器从水浴 环境中取出，并置于40 °C~70°C环境下恒温去泡； 步骤6:待步骤5所得的聚乙烯醇水溶液澄清后，将该聚乙烯醇水溶液倒入具有病患软 骨支架外观形状的医用模具中，然后连同模具一起进行多个冷冻-解冻循环处理，得到聚乙 烯醇软骨支架;单个冷冻-解冻处理过程为:将装有聚乙烯醇水溶液的模具在不高于_15°C 环境下冷冻至少10小时，然后再置于25°C~30°C环境下解冻至少6小时。2. 根据权利要求1所述一种力学性能可控的聚乙烯醇软骨支架的制备方法，其特征在 于:步骤5和步骤6优选为： 步骤5:将所称取的聚乙烯醇高聚物与去离子水混合并在室温下搅拌均匀，然后放入90 °C恒温水浴环境中；待聚乙烯醇高聚物完全溶解后，将装有聚乙烯醇水溶液的容器从水浴 环境中取出，并置于60°C环境下恒温去泡； 步骤6:待步骤5所得的聚乙烯醇水溶液澄清后，将该聚乙烯醇水溶液倒入具有病患软 骨支架外观形状的医用模具中，然后连同模具一起进行5个冷冻-解冻循环处理，得到聚乙 烯醇软骨支架;单个冷冻-解冻处理过程为:将装有聚乙烯醇水溶液的模具在-20 °C环境下 冷冻16小时，然后再置于25°C恒温水浴环境下解冻6小时。
【专利摘要】本发明提出一种力学性能可控的聚乙烯醇软骨支架的制备方法，该方法利用分子动力学的数值计算方法，通过对PVA水凝胶体系进行建模，从微观分子相互作用的层面对体系进行分子动力学平衡计算，并获得水凝胶体系的微观静态力学性能参数。进而可以对材料的性质进行预测，结合理论计算结果与实际需求，调整PVA与去离子水的质量比，最终寻找到符合弹性模量要求的质量比，从而为软骨支架的制备提供可靠的工艺参数，可快速简便地获得具有特定弹性模量的软骨支架，大大缩短了软骨支架材料的研发周期。
【IPC分类】A61L27/50, A61L27/52, G06F19/00, A61L27/16
【公开号】CN105664241
【申请号】CN201610031634
【发明人】汪焰恩, 魏庆华, 李欣培, 杨明明, 柴卫红
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月18日