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超高分子量聚乙烯表面海藻酸钠交联网络仿生结构的构建及其生物摩擦学特性研究摘要 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）生物相容性和机械性能优异，被广泛应用于人工关节材料中。但其在长期磨损过程中易产生磨屑，造成植入体失效。研究表明，透明质酸可加强软骨表面润滑作用，而海藻酸钠（SA）的结构及特性与其相似，是一种有潜力的改善摩擦学性能的材料。本课题对海藻酸钠进行双键功能化修饰，在 UHMWPE表面构建改性海藻酸钠交联网络结构并接枝丙烯酸，以改善其摩擦学性能。实验结果表明：紫外光辐照能有效地在UHMWPE块体表面构建改性海藻酸钠/丙烯酸交联网络结构。接枝后UHMWPE 表面接触角显著降低；SA与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)物质的量之比为1:20时，UHMWPE 样品的摩擦系数最小；接枝改性海藻酸钠后样品耐磨性提高。41652
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毕业论文关键词 海藻酸钠 双键功能化 接枝 交联网络 摩擦学性能
Title Construction of bionic SA crosslinking network structure on UHMWPE surface and study on its biological tribology properties
Abstract Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) has excellent biocompatibility and mechanical properties and it is widely used as artificial joint materials. However, it usually produces wear debris after a long-term wearing process and thus causes the implant to fail. Studies suggest that hyaluronic acid (HA) can effectively strengthen the lubrication of cartilage surface. Sodium alginate (SA) has similar structure and properties as HA and is a potential material to improve the tribological properties of the implants. Therefore, in this work, double bond functionalized modifications of modified SA was performed and the modified SA crosslinking network structure with acrylic acid (AA) grafted on it was built to improve sample’s biotribological properties. The results are as follows: ultraviolet irradiation could effectively build SAGMA/AA crosslinking network on UHMWPE. The contact angle of UHMWPE surface decreased significantly after grafting. Samples with SA modified by glycidyl methacrylate (GMA) which had an amount of 20 times of SA had smallest friction coefficient; After grafting modified SA, wear resistance of samples was improved.
Keywords sodium alginate double-bond modification grafting crosslinking- network tribological property
目次
1绪论1
1.1天然关节软骨介绍1
1.2人工关节材料2
1.3超高分子量聚乙烯作为人工关节材料2
1.4接枝聚合物刷3
1.5研究内容4
2实验材料与方法6
2.1实验原料及仪器6
2.2海藻酸钠双键功能化实验原理及方法6
2.3接枝实验原理及方法8
3结果与讨论11
3.1表面形貌观察11
3.2红外衰减全反射光谱11
3.3接触角14
3.4粗糙度测试17
3.5摩擦磨损测试19
结论32
致谢34
参考文献35
附录38
1 绪论 人工关节是用以替代有损伤或病变的关节并能使其功能恢复的植入性假体[1]。1983 年，北京协和医院的吴之康教授成功将人工假体用于治疗严重膝关节炎的患者，引起较大反响[2]。近年来由于人口老龄化愈加严重，人们对健康问题更加关注，人工关节需求量不断增加。据统计，每年我国人工关节的置换手术达到约20万例，人工关节市场发展潜力巨大[3]。然而人工关节材料的低耐磨性严重制约人工关节的发展与应用[4]。利用现代先进技术开发生物摩擦学性能以及生物相容性优良的人工关节是目前迫切需要解决的问题。
1.1 天然关节软骨介绍 关节是一类能传递载荷与运动的特殊生物摩擦系统。天然关节由关节骨、 关节面、软骨、滑液和关节囊组成，其中关节囊用于供应关节液。两个相互匹配的关节骨之间的接触面称为关节面，其表面被一层透明而有弹性的关节软骨包裹着。关节软骨能吸收和释放滑液，起到减少摩擦和缓冲震荡的作用。关节囊粘附在关节面的周围以及附近的骨面上，其主要作用是分泌和储存关节滑液。关节滑液组分主要包括透明质酸、蛋白多糖和胶原蛋白等物质。关节滑液的主要功能是润滑关节。在润滑过程中滑液中的生物大分子会在软骨表面形成以透明质酸为主链、润滑素和糖蛋白为侧链的多级“刷”型大分子。图1.1为人体关节整体结构图。关节液的重要成分之一是透明质酸（HA），具有优异的润滑作用。研究发现，天然关节滑液发生病变后透明质酸含量显著降低。通过直接在关节注射透明质酸能够起到改善润滑、修复软骨的作用[5,6]。