超高分子量聚乙烯多孔结构摩擦学性能研究(2)

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4实验结果分析 20

4.1红外光谱测试 20

4.2扫面电镜（SEM）观察 21

4.3 接触角测试 22

4.4摩擦性能实验测试 23

结论 26

致谢 27

参考文献 28

1 绪论

1.1引言

聚合物高分子材料在人工关节中应用很广泛，聚乙烯（PE）是最早被用于人工关节的高分子材料，以后又采用性能更好的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。UHMWPE由于其较低的动摩擦因数，已成为用于人工腕关节、膝关节与髋臼等较好性能的材料，解决了人工关节的摩擦磨损问题。超高分子量聚乙烯的使用是现代人工关节成熟的标志，其主要用于关节凹等摩擦面，如人工髋臼等。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)作为人工关节材料，被应用于临床医学已经有40多年的历史。一方面超高分子量聚乙烯是具有优异的综合性能，例如具有优越的生物相容性、极高的化学稳定性、较低的摩擦因数以及优良的抗冲击载荷性能等。但另一方面，其表面能低、化学惰性、润湿性、粘接性、染色性、防雾性、生物相容性等性能较差，随着使用时间的增长，会产生大量磨粒，磨粒聚积并导致巨噬细胞引发不良生理反应，释放大量溶骨因子，最终使人工关节因骨质溶解和无菌松动而失效。所以相对于天然关节，超高分子量聚乙烯的摩擦因数仍然较大，远高于天然活体关节的摩擦因数(0.005)。其次，由磨损产生的超高分子量聚乙烯磨屑所造成的假体周围骨质溶解和无菌松动是人工关节失效的主要形式。因此对超高分子量聚乙烯进行改性，改善其耐磨性、润湿性、生物相容性等，对于临床应用等领域具有重要意义。

目前对超高分子量聚乙烯改性的方法有多种，总体上包括：化学改性、共混改性、填充改性、复合增强以及材料的表面改性[2]。本文主要介绍超高分子量聚乙烯多孔结构的制备及表面接枝聚合技术，如激光加工、热致相分离法、紫外光接枝技术等。

1.2 超高分子量聚乙烯制孔技术

1.2.1超高分子量聚乙烯的多孔结构

UHMWPE微孔材料是指以UHMWPE为有机基体，成型过程中在UHMWPE基体上产生大量厚度方向的微观连通孔洞，从而可以满足各种处理过程需要的材料。天然关节软骨具有“多孔可渗透软垫层”的特征，在充分吸收润滑液后，天然关节软骨具有“软骨泵”的润滑机理，即受压时润滑液从多孔组织中流出润滑关节接触面；当压力除去后，多孔组织吸收并存储润滑液。“多孔渗透”和“梯度功能”作为天然关节软骨仿生模型中两个重要仿生特征。一方面，多孔结构能提供软骨表面以良好的润滑，极大降低天然软骨的磨损量[3]；另一方面，关节软骨材料是一种具有梯度结构的功能材料，不同的结构赋予其独特的功能：多孔表层强度较低，但能吸收释放关节滑液，起到减磨作用；中间层具有一定的强韧性，能承受冲击和吸收震荡；底层发生钙化，能与人体骨形成牢固的生物链接。这种多层结构优化了关节软骨整体生物力学性质[4]。由于UHMWPE本身的强疏水性使其润滑性能较差，磨损较为严重；UHMWPE结构简单，即没有表层的软骨仿生结构，摩擦副为硬硬接触。因此，我们在继续进行传统设计的同时，适当转变设计思路，对人工软骨进行仿生设计，模拟天然软骨的结构及性能，设计出具有更好性能的人工关节材料[5-8]。如果能够模拟这种天然软骨的多孔可渗透结构，就可以提供类似于天然关节软骨摩擦表面之间的液膜润滑状态，改善现有人工关节的干摩擦状态，提高人工关节的耐磨性和使用寿命[9]。