检索历史 清除

摘要人工关节置换已成为治疗关节疾病的重要手段之一，但是人工关节磨损以及失效制约了其使用寿命。天然关节的接触表面覆盖着软骨组织，在接触摩擦时，可有效的减缓冲击、降低磨损。基于天然关节的组成结构，仿生设计出了多层仿生软骨材料，其良好的生物摩擦学性能可减小人工关节的摩擦磨损，从而减少由于磨屑而引发的无菌性松动失效，提高人工关节的使用寿命。<br>　　本文通过聚乙烯醇（PVA）、羟基磷灰石（HA）、聚丙烯酸（PAA）制备多层仿生软骨，再采用化学接枝法在硬质超高分子量聚乙烯（UHMWPE）基体材料表面构建多层仿生软骨材料。多层仿生软骨较具有多孔三维网状结构，且其界面结合较为紧密。其内部结晶度较高，存在较多的氢键。在去离子水和在牛血清溶液中均表现出较好的溶胀性能。<br>　　制备的多层仿生软骨具有较好的力学性能，其断裂强度为38.9MPa，断裂延伸率为545%，弹性模量为1.75MPa，均明显高于单层水凝胶；且多层仿生软骨具有较好的回复性能，可承受多次往复拉伸；其压缩弹性模量约为4.47MPa，明显优于单层水凝胶，在受外力作用时变形较小；多层仿生软骨的应力松弛率和应力回复量均随着应变量的增加而增加。蠕变性能上，多层仿生软骨材料的轴向应变随时间逐渐增长，完全符合三项的Voigt-Kelvin模型。在动态流变性能上，随频率和温度的变化，储能模量均高于损耗模量，损耗系数随频率增加而增加，随温度的增加保持平稳，储能模量随应变的增加而减小，损耗模量呈现相反规律，其损耗系数随应变增加呈现非线性增长趋势。较单层水凝胶相比，多层仿生软骨材料呈现出较好的静、动力学性能。<br>　　多层仿生软骨材料与CoCrMo球和天然软骨配副在不同载荷、滑动速度以及配副方式下的滑动摩擦性能表明，在与CoCrMo球配副时，其滑动摩擦系数随载荷的增大逐渐增大，与天然软骨配副时，随载荷的增大呈现先减小后增大的趋势；两种配副下其滑动摩擦系数均随着滑动速度的增加呈现先上升后下降再上升的变化趋势。在相同滑动条件下，多层仿生软骨材料的摩擦系数优于单层水凝胶，并与天然软骨较为接近。利用有限元仿真模型对比不同接触形式下的接触应力和变形量可知，软-软接触可有效的减小接触界面间的应力集中，从而可减小磨损。