殘余生物活性對骨組織生物摩擦學行為的影響.pdf

1、骨骼作為人體的支架擁有良好的力學性能，骨骼系統(tǒng)中存在的很多生物摩擦副（關節(jié)摩擦副）往往因疾病、創(chuàng)傷等原因受到損傷而喪失其原有的功能，是威脅人類健康的嚴重問題之一，應用人工骨修復、替換人體病變或損傷組織器官，是臨床醫(yī)學中的有效治療途徑。人體骨組織與植入體之間構成典型的生物摩擦副，其摩擦界面間存在生命物質(zhì)交換，如水、蛋白質(zhì)、礦物等，會對其生物摩擦學行為有重要影響，即骨組織的生物活性對其生物摩擦學行為有重要影響。目前，已有研究表明骨組織生物活

2、性物質(zhì)·的變化影響其力學性能和粘彈性。然而，關于生物活性對骨組織本身的生物摩擦學行為的研究還未見報道。因此，開展殘余生物活性對骨組織生物摩擦學行為影響的研究工作具有創(chuàng)新性，研究揭示生物活性對離體骨組織生物摩擦學行為的影響和作用機理，對深入認識天然生物體材料與工程材料摩擦學特性的本質(zhì)區(qū)別有重要意義，同時也為骨組織修復和人工骨的研制等技術創(chuàng)新提供重要的理論基礎。
　　本文對骨組織進行干燥處理，獲得不同生物活性的骨組織樣品，并對其中兩組

3、干燥樣品進行浸潤處理，同時還加入人工骨材料，在球-平面接觸模式下進行摩擦學試驗，其中還進行水含量對骨組織應力分布影響的有限元計算，主要研究生物活性對骨組織生物摩擦學行為的影響情況及其作用機理。主要結論如下:
　　(1)在摩擦學試驗中，水含量對骨組織生物摩擦學性能具有重要的影響，主要表現(xiàn)為:水含量降低導致骨組織表面彈性模量和納米硬度增大，骨組織硬化塑性能力變差，脆性增強，對外加載荷敏感。水含量也影響骨組織的粘彈性，干燥后骨組織粘彈性

4、差，骨組織易發(fā)生疲勞磨損和剝落。浸潤條件恢復的水分能一定程度上恢復干燥骨組織的黏性和彈性，但不能使其摩擦學性能恢復。水含量在骨組織中的變化同時也影響骨組織中的膠原蛋白和礦物成分，導致了骨組織生物摩擦學行為的變化。
　　(2)在本文選取的干燥溫度下，礦物中的結晶水均能保持完好，60℃主要去除的是流動水和少量的親和水，120℃能大量去除親和水。同時，骨基質(zhì)的主要成分Ⅰ型膠原蛋白熱穩(wěn)定性差，受熱會發(fā)生融化，水分的去除還會導致膠原蛋白硬化

5、或變性。這些都導致骨組織中膠原蛋白的交聯(lián)性能變?nèi)?，受到擠壓或拉扯易發(fā)生斷裂，導致骨組織脫層和剝落。膠原蛋白失活也會導致其上連接的礦物晶體脫落，從而加劇磨損。生物活性的變化對骨組織生物摩擦學行為有顯著的影響。
　　(3)有限元分析方法和人工骨及其生物活性涂層的摩擦學行為加深了對生物活性重要性的認識。有限元分析方法中，干燥后骨組織孔隙率明顯增大，導致骨組織整體的應力值增大，使骨組織處于破壞應力作用。同時孔洞內(nèi)易出現(xiàn)應力集中，哈弗氏系統(tǒng)