收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚合物基仿生人工软骨材料的制备与摩擦学性能研究

吴刚  
【摘要】: 骨与关节损伤是人们生活中常见的症状之一。目前广泛采用人工关节置换术来解决这一问题,但人工关节材料在运动过程中会发生较强的摩擦磨损行为,其使用寿命还达不到人们的要求。人们希望能找到最佳的人工关节置换材料来提高患者的生命质量。 本文从天然软骨层独特的结构和性能着手研究,结合仿生学的理论和方法,对目前研究较多的两种软骨材料进行仿生设计和研究,期望能最终获得具有性能适宜的人工关节软骨材料,它应当有一定的承载能力和较好的可润滑、抗磨损性能,并可与人工关节材料良好连接;或者具有一定的生物活性,能直接与人体关节产生生物结合。针对这个目标,我们在如下几个方面开展了研究工作: 1.对人工关节材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行仿生结构设计和性能研究。利用模板——滤取(Template-Leaching)法,制备具有不同孔隙率的多孔UHMWPE试样;孔隙率为27.7%的试样具有适宜的机械强度和多孔结构;这种多孔结构能降低试样与水或牛血清之间的接触角,提高了试样的可润滑性能,从而降低其磨损量;γ辐射处理能增加试样表面的交联度,进一步提高多孔UHMWPE与水或牛血清的可润滑性能,降低试样的磨损量;同时对试样进行梯度结构设计,获得具有较好连接强度的多孔UHMWPE/ UHMWPE梯度材料。 2.在对聚乙烯醇水凝胶(PVA-H)试样性能进行研究的基础上,优化其制备参数。利用不同的交联方法,制备出PVA水凝胶;利用不同的羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA)微粒及不同的复合方法,制备了聚乙烯醇水凝胶/羟基磷灰石(PVA-H/HA)复合试样。物理交联试样具有接近于人体天然软骨的含水性能,化学交联法能更好地能提高试样的交联度,强化内部网络结构,从而增强PVA水凝胶的机械性能和摩擦学性能;原位复合法比超声共混法能更好的提高PVA-H/HA复合水凝胶的机械性能和摩擦学性能,其中HA含量为3%~4%时能获得抗磨损性能最佳的强韧性基体。 3.较全面考察了不同条件下PVA-H/HA复合试样的摩擦学性能,研究了其与摩擦副试样之间的润滑、减磨的“软垫轴承”系统,降低摩擦副试样的表面粗糙度和牛血清润滑等条件有利于降低试样的磨损量;研究了纯PVA-H和PVA-H/HA复合试样在模拟体液(SBF)中浸泡后的变化:SBF溶液浸泡后纯PVA试样略有收缩,降低含水性能而提高机械强度,但是不会引导SBF溶液中的Ca2+离子沉积;PVA-H/HA复合水凝胶浸泡后的SBF溶液中Ca、P离子浓度降低,试样表面沉积了一层白色的物质,傅立叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析结果证明为具有生物活性的碳酸羟基磷灰石(HCA),表明PVA-H/HA有较好的生物活性,在植入人体后可能与人体骨产生生物结合。 4.在相同摩擦学条件下比较了多孔UHMWPE与PVA-H/HA试样的摩擦磨损特性:干摩擦状态下UHMWPE有着较小的磨损量,水或牛血清润滑时PVA-H/HA的磨损量明显降低,说明有润滑条件下PVA-H/HA试样的抗磨损性能更佳。Stribeck曲线分析表明,在适当的运动条件下,PVA-H/HA复合试样能与不锈钢摩擦副形成流体动力润滑区域,有效降低摩擦磨损现象。但该材料能形成流体润滑区域的Sommerfield条件与人体关节实际服役条件还有一定差距。 最后对课题的下一步工作进行展望:降低软骨材料的磨损量、提高PVA-H/HA的生物活性以及进行动物试验等。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 周健松,阎逢元;超高分子量聚乙烯/金属复合材料的摩擦磨损性能[J];材料科学与工程学报;2004年06期
2 熊党生;氧离子注入增强人工关节软骨材料—UHMWPE的耐磨性[J];生物医学工程学杂志;2003年04期
3 朱玉润;;人工玻璃体PVA水凝胶对眼压的影响[J];国际眼科纵览;1987年02期
4 官丽华,李启寿;聚丙烯酰胺水凝胶注射隆乳术的临床体会[J];实用美容整形外科杂志;2002年03期
5 罗建斌,方国芳;水凝胶烧伤敷料研究进展[J];生物医学工程学杂志;2004年01期
6 吴刚;张文光;王成焘;;仿生UHMWPE软骨材料的制备和性能研究[J];功能材料;2007年10期
7 顾汉卿;;渗透性及其相关性能在水凝胶设计方面的作用[J];国外医学(生物医学工程分册);1987年03期
8 王妍;使用电解质水凝胶灌注泵的新型流动药物递送系统[J];国外医学.生物医学工程分册;2000年03期
9 张德胜,何以一,于长鹿,董卫国,祁兵,王涛;水凝胶微球栓塞联合化疗治疗肝癌的观察[J];生物医学工程与临床;2001年03期
10 祁荣,何仲贵;“智能”水凝胶研究进展及其在医药与生物工程中的应用[J];沈阳药科大学学报;2001年06期
11 方玉,万子义,曹红英,奚廷斐;多丙烯酰胺水凝胶的细胞毒性(英文)[J];大连大学学报;2004年02期
12 张元龙!510030,曾惠萍!510030,罗奇!510030,王坚强!510030,陈瑞雄!510030;聚丙烯酰胺水凝胶注射隆乳术[J];实用美容整形外科杂志;1999年06期
13 金宝玉;唇增厚:手术选择和组织学检查──聚丙烯酰胺水凝胶应用部分[J];实用美容整形外科杂志;2000年04期
14 周智,鲁开化,王红英;水凝胶与硅凝胶生物学性状评价[J];中国美容医学;2001年01期
15 康深松,张正文,丑海燕,翟宏峰;聚丙烯酰胺水凝胶面部注射术并发症分析[J];中华整形外科杂志;2003年05期
16 牛洪,谢兴益,何成生,樊翠蓉,钟银屏;聚氨酯水凝胶在生物医学中的应用[J];聚氨酯工业;2004年05期
17 赵淑茹;许零;;辐射合成水凝胶在创面护理方面的应用[J];中华损伤与修复杂志(电子版);2007年01期
18 朱明华;具有双胍基聚(乙烯醇)水凝胶的细胞生长[J];国外医学.生物医学工程分册;1996年01期
19 高景恒!110015;医用聚丙烯酰胺水凝胶在我国的研究与应用[J];实用美容整形外科杂志;1999年06期
20 鲁开化,周智,曹景敏;医用聚丙烯酰胺水凝胶国内基础研究评析[J];中国美容医学;2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孙蓉;于淑会;杜如虚;薛群基;;单晶硅材料摩擦摩擦磨损行为研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
2 薛俊;李健;高万振;顾卡丽;袁成清;吴伊敏;;超高分子量聚乙烯及其复合材料摩擦/蠕变复合过程初探[A];第七届全国摩擦学大会会议论文集(一)[C];2002年
3 郝俊英;刘维民;;a-CN_xH薄膜的摩擦学性能研究[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
4 王宏刚;简令奇;杨生荣;王建民;张国强;;PA/MAH-g-EPDM/UHMWPE三元共混体系摩擦学性能研究[A];第七届全国摩擦学大会论文集(二)[C];2002年
5 丛茜;金敬福;张宏涛;;仿生非光滑形态摩擦行为的试验研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集(一)[C];2006年
6 孙俊才;付传起;王宙;;合金元素对Fe-Al系摩擦材料的摩擦性能影响研究[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年
7 徐洮;陈建敏;赵家政;;铝质材料的摩擦学表面改性(Ⅱ)——铝阳极氧化膜的多孔质结构及自润滑处理[A];第六届全国摩擦学学术会议论文集(上册)[C];1997年
8 何春霞;;聚合物复合材料摩擦学研究进展[A];第七届全国摩擦学大会论文集(二)[C];2002年
9 叶承峰;王海忠;刘维民;;二(三氟甲基磺酰)胺盐离子液的摩擦学性能[A];第七届全国摩擦学大会论文集(二)[C];2002年
10 王海军;王齐华;;液晶芳香族聚酯润滑膜摩擦学性能的研究[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴刚;聚合物基仿生人工软骨材料的制备与摩擦学性能研究[D];上海交通大学;2007年
2 熊磊;纳米填充与辐照交联UHMWPE的力学及摩擦学性能研究[D];南京理工大学;2011年
3 李健;稀土溶液处理碳纤维填充热塑性聚酰亚胺复合材料摩擦学性能研究[D];上海交通大学;2008年
4 李振华;等径弯角挤压法制备的钛镍基合金的摩擦学性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 上官倩芡;稀土改性碳纤维增强聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能研究[D];上海交通大学;2007年
6 贾晓梅;低温陶瓷轴承自润滑材料制备及其转移膜润滑机理分析[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 吕俊成;微型汽车离合器摩擦学性能及其应用研究[D];武汉理工大学;2009年
8 田剑书;含氟聚酰亚胺的合成及摩擦学性能研究[D];复旦大学;2010年
9 闫艳红;自修复添加剂对含铸铁配副摩擦磨损性能的影响研究[D];燕山大学;2009年
10 徐磊华;硅烷类自组装复合层的制备及摩擦学性能研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王杰鹏;工程塑料在过氧化氢中的摩擦学性能研究[D];机械科学研究总院;2011年
2 刘萍;表面修饰纳米粒子的制备及摩擦学性能的研究[D];河北师范大学;2007年
3 彭仕敏;WS_2/Ag、Mo硫化物/Ti复合薄膜的环境摩擦磨损[D];浙江大学;2007年
4 马燕;基体及增强纤维对灰铸铁/复合闸瓦摩擦副摩擦磨损性能的影响[D];湖南大学;2008年
5 密德元;微型汽车离合器摩擦性能试验设计[D];武汉理工大学;2008年
6 罗荣;表面纳米化纯钛的细胞相容性与摩擦学性能[D];西南交通大学;2010年
7 石瑛楠;挤压铸造锌铝合金力学性能及摩擦磨损性能的研究[D];沈阳工业大学;2007年
8 李亚斐;铜合金粉体材料涂层摩擦磨损性能研究[D];兰州理工大学;2009年
9 卢凯;Co对高铝青铜组织及耐磨性能的影响[D];兰州理工大学;2007年
10 谭伟成;二硅化钼的高温摩擦磨损性能及其预测模型研究[D];武汉理工大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张红普 魏书坤;包装材料摩擦系数的测试方法[N];中国包装报;2003年
2 李荣;我国钢铁业国际战略定位亟待明确[N];中国信息报;2007年
3 胡立彪;正看虽喜反看忧[N];中国质量报;2007年
4 符冰群;陶瓷砖行业防滑标准滞后[N];中国房地产报;2006年
5 李建国;利用拉力试验机附加装置[N];中国包装报;2005年
6 本版编辑 李荣 徐虞利;钢材贸易“摩擦系数”加大[N];民营经济报;2007年
7 中国消费者报 贾君;4S店销售的刹车片标识问题多[N];中国消费者报;2005年
8 京华;卫生陶瓷环保性能有了规定[N];中国建设报;2006年
9 李进;防滑瓷砖,进步才能发展[N];中国建设报;2006年
10 丁姗;苏州大学成功研制新型水凝胶敷料[N];中国纺织报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978