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摘要骨关节炎是威胁人类健康的三大杀手之一，目前对其病因和发展趋势还没有一个明确的阐述，但关节软骨的缺损已经被公认是这一过程的重要环节。由于关节软骨自身修复能力有限所导致现有的治疗效果并不理想。随着组织工程学研究的兴起，电信号刺激能够促进软骨组织再生已经成为了共识，在这一背景下，通过植入压电材料感受应力刺激从而产生电信号或直接施加电刺激以促进软骨再生在骨关节炎治疗方面有着广阔的应用前景。力-电效应是关节软骨中众所周知的特性之一，主要是探讨软骨力学信号和电学信号之间的转化，所以通过对关节软骨正逆两个方面力-电效应的研究可以为压电材料的选取、外部施加载荷的大小和施加电刺激信号范围的选择等提供实验支持。目前关于关节软骨力-电效应的研究开展较少，主要受制于体外实验软骨自身含水量容易发生变化和软骨受到机械刺激后产生的电信号或位移偏转信号难以检测等。因此，针对关节软骨的力电效应及其相关影响因素还有待进一步的研究。本文的主要工作及结论如下：<br>　　（1）本文首先对猪关节软骨正向力-电效应（简称为力-电效应）的产生机制及其影响因素开展了系统研究，分析了关节软骨不同区域力-电效应的之间的差异和相关因素对其产生影响的作用方式。结果显示：软骨自身含水量会对力-电效应产生的电压信号产生较大影响，产生的电压信号会随着含水量的减少而明显下降。对软骨不同区域施加相同载荷后，软骨力-电效应产生的电压信号大小表现为沿软骨厚度方向由表层向深层逐渐增加，并且这种机制只有在外接载荷产生明显相对变化时才能表现出来。此外，关节软骨力-电效应产生的电压信号也与外部加载条件有关，随着载荷峰值和加载速率的增加软骨各区域产生的电信号也会随之增大。我们通过将实验结果与指数函数进行拟合，得出了软骨不同区域力-电效应的电压变化规律。研究结果表明，软骨组织不同区域力-电效应差异在很大程度上取决于软骨自身胶原纤维的排列分布。另外，软骨的内部结构和外部加载条件对关节软骨的力-电效应也有重要影响。<br>　　（2）针对猪关节软骨逆向力-电效应及其相关影响因素开展分析研究，通过测试软骨样品在电场中的偏转挠度来分析不同因素对关节软骨逆向力-电效应的作用机制。结果显示：软骨自身不同厚度、不同含水量和不同的外接电压都会对软骨的偏转挠度产生影响，通过对相关实验数据的拟合结果表明：软骨厚度会对软骨自身在电场中的介电常数和惯性矩大小产生影响，从而影响到软骨所受到的电场力和偏转挠度的大小；软骨含水量的降低会引起软骨厚度的降低，相关影响机制和厚度一致；而外接电压的增大则会导致软骨所处空间的电场力随之增大，从而使软骨在电场中的偏转挠度增加。此外，外接电压还会导致软骨试件周围产生小幅度温升现象，温度上升幅度和外接电压呈正比例关系。<br>　　本文从正反两方面对猪关节软骨力-电效应进行了探究，测试了软骨力-电效应所产生的电压信号和逆向力-电效应所产生偏转挠度大小，分析了力-电效应的作用机制和相关影响因素，从而探讨了关节软骨的力学特性和电学特性之间的联系，为新型关节软骨修复材料的设计以及临床诊断治疗骨关节炎疾病提供参考。