人工髖關(guān)節(jié)磨粒特征及磨損機(jī)理研究.pdf

1、國際貨物貿(mào)易的實現(xiàn)依賴航運業(yè)的發(fā)展，因此航運業(yè)被各國視為國際貿(mào)易的一個傳統(tǒng)支柱行業(yè)。由于航運業(yè)的國際性，參與此行業(yè)的重要成員—船員的工作條件和職業(yè)能力受到國際社會，特別是國際勞工組織的廣泛關(guān)注。研究表明:由于船員處在與陸地環(huán)境完全迥異的海洋環(huán)境中作業(yè)，封閉狹小的工作空間，單調(diào)、重復(fù)的機(jī)械工作，極易造成他們的關(guān)節(jié)勞損或者罹患嚴(yán)重的骨關(guān)節(jié)炎。人工關(guān)節(jié)作為治療骨關(guān)節(jié)炎最為有效的手段之一，其發(fā)展為克服船員的職業(yè)病、提高其日后的生活質(zhì)量及改善勞工

2、關(guān)系提供了積極的保障。因此，研究人工關(guān)節(jié)的有關(guān)問題，對于發(fā)展航運業(yè)也具有十分重要的意義。
　　 當(dāng)人工置換關(guān)節(jié)植入人體后，在關(guān)節(jié)長期運動過程中無法避免的會產(chǎn)生磨損顆粒。而這些磨損顆粒目前已成為人工關(guān)節(jié)研究的熱點問題之一。其原因為:首先，磨損顆粒包含有豐富的摩擦學(xué)信息，能反映置換關(guān)節(jié)的磨損狀態(tài)和機(jī)理。其次，人工關(guān)節(jié)骨質(zhì)溶解和無菌松動的發(fā)生與磨損顆粒的特征有著密切的相關(guān)性。本文利用磨損試驗機(jī)制備并提取了人工髖關(guān)節(jié)超高分子量聚乙烯(u

3、ltra-highmolecular weight polyethylene，UHMWPE)磨粒，對磨粒的二維尺寸及形態(tài)、三維幾何輪廓、表面形貌以及彈性模量進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，目的是探討磨粒形成的規(guī)律及機(jī)理，總結(jié)典型磨粒的特征及影響，從而為置換關(guān)節(jié)的使用狀態(tài)監(jiān)測及使用壽命預(yù)測提供堅實的基礎(chǔ)，并且為考察磨粒的生物相容性以及新型人工關(guān)節(jié)材料的研發(fā)提供更多的實驗依據(jù)。
　　 本文利用原子力顯微鏡技術(shù)在納米尺度下對UHMWPE磨粒的三維幾

4、何輪廓、表面形貌以及彈性模量進(jìn)行考察。研究表明:納米、亞微米級磨粒同微米級磨粒、UHMWPE基體材料相比，其形態(tài)、表面形貌以及彈性模量都有顯著區(qū)別。粒狀的納米級和亞微米級磨粒其厚度小于UHMWPE材料片晶厚度和片晶空間間隔的厚度、同時擁有更大的彈性模量和更為平滑的表面。分析認(rèn)為，納米級和亞微米級磨粒是由UHMWPE材料微觀尺度上的磨料磨損產(chǎn)生。而微米級磨粒是由UHMWPE材料宏觀尺度上的粘著磨損或疲勞磨損產(chǎn)生。同時研究還發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)的

5、磨粒，其表面的潤滑功能特性也有顯著差異。粒狀磨粒和塊狀磨粒的形態(tài)穩(wěn)定性、表面對稱性、耐磨性以及儲液能力都優(yōu)于纖維磨粒和片狀磨粒。
　　 在實驗室條件下進(jìn)行的人工髖關(guān)節(jié)模擬磨損實驗除了可以考察生物材料的摩擦學(xué)特性之外，還可以在實驗室條件下制備與臨床中產(chǎn)生的磨粒具有相同特征的磨粒，并將制備的磨粒運用到考察磨粒生物反應(yīng)的實驗研究中。潤滑狀況和摩擦副表面初始形貌是影響材料磨損狀態(tài)和磨粒形態(tài)的兩個非常重要的因素。因此本文在不同實驗條件下，

6、綜合運用白光干涉儀和掃描電鏡等技術(shù)和手段，研究磨損表面、磨損顆粒的形態(tài)和三維形貌特性以及之間的相互關(guān)系，從而探討磨損機(jī)理及合理的磨粒制備方法。
　　 研究了銷盤磨損試驗機(jī)、人工髖關(guān)節(jié)模擬磨損試驗機(jī)以及人體內(nèi)人工髖關(guān)節(jié)磨粒的形態(tài)，并探討了它們與磨損機(jī)理的關(guān)系。同時對這三種磨損形式下的磨粒進(jìn)行了對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種磨損形式下產(chǎn)生的磨粒不但形態(tài)上有所不同，并且尺寸分布以及尺寸均值也有所不同。與髖關(guān)節(jié)模擬磨損試驗機(jī)和人體內(nèi)人工髖關(guān)節(jié)相比