機(jī)械活化增強(qiáng)載阿侖膦酸鈉超高分子量聚乙烯的研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯（ultrahigh molecular weight polyethylene，UHMWPE）是一種優(yōu)良的熱塑性塑料，在臨床上已超過(guò)50年使用此材料作為人工髖關(guān)節(jié)(artificial hip joint，AHJ)的襯墊材料。然而UHMWPE的磨損產(chǎn)生的磨屑仍是造成AHJ無(wú)菌松動(dòng)并且最終提前失效的主要原因之一。載阿侖膦酸鈉(alendronate sodium，ALN)的UHMWPE作為一種矯形生醫(yī)材料在關(guān)節(jié)置換術(shù)領(lǐng)域

2、中擁有極大的潛力。然而，UHMWPE-ALN材料由于ALN在UHMWPE中分布不均而造成較差的力學(xué)和摩擦學(xué)性能仍然是其進(jìn)一步應(yīng)用的阻礙。機(jī)械活化夠提供了一種用機(jī)械力將高分子主鏈上的C-C鍵均裂，降低高分子材料的分子量，從而有望增加高分子鏈相互擴(kuò)散的速度，是一種潛在提升UHMWPE-ALN材料力學(xué)和摩擦學(xué)性能的方法。因此本文的目的利用行星式球磨機(jī)對(duì)UHMWPE進(jìn)行機(jī)械活化處理，研究機(jī)械活化處理對(duì)載ALN的UHMWPE材料(UHMWPE-A

3、LN-ma)的力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能和摩擦情況下藥物釋放的影響和機(jī)理。本論文研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)研究了機(jī)械活化處理UHMWPE-ALN材料的不同工藝對(duì)其力學(xué)性能、摩擦學(xué)性能的影響。干法球磨和濕法球磨均能提高UHMWPE-ALN和UHMWPE-ALN-F68材料的力學(xué)性能，并且干法球磨顯著性提升了UHMWPE-ALN材料的楊氏模量和拉伸強(qiáng)度，顯著性提升了UHMWPE-ALN-F68材料的楊氏模量、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率

4、;而濕法球磨顯著性提升了UHMWPE-ALN材料的楊氏模量和破裂功，顯著性提升了UHMWPE-ALN-F68材料的楊氏模量、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和破裂功。濕法球磨和干法球磨材料后的力學(xué)性能和沒(méi)有顯著性差異。干法球磨和濕法球磨均能顯著性降低UHMWPE-ALN材料和UHMWPE-ALN-F68材料的磨損因子，并且濕法球磨對(duì)兩種材料磨損因子的降低效果比干法球磨的效果更明顯。干法球磨和濕法球磨均增大了UHMWPE-ALN和UHMWP

5、E-ALN-F68材料對(duì)水和25 vol％小牛血清的接觸角。干法球磨和濕法球磨處理后的UHMWPE-ALN或UHMWPE-ALN-F68材料對(duì)水或25vol％小牛血清的接觸角不存在顯著性差異。干法球磨和濕法球磨都對(duì)UHMWPE-ALN材料和UHMWPE-ALN-F68材料的結(jié)晶區(qū)的晶體參數(shù)沒(méi)有顯著性影響。因此濕法球磨較干法球磨更能提高UHMWPE-ALN材料的力學(xué)性能和耐磨性能。
　　(2)研究了機(jī)械活化處理提高UHMWPE-AL

6、N-ma的力學(xué)性能和摩擦性性能的機(jī)理。根據(jù)UHMWPE-ALN-ma和UHMWPE-ALN的拉伸試驗(yàn)后試樣側(cè)面刻蝕后的冷凍斷裂表面SEM圖，揭示了機(jī)械活化明顯減少了UHMWPE-ALN-ma材料中的一型（空隙）和二型（分子鏈自擴(kuò)散不充分）熔融缺陷。根據(jù)由UHMWPE-ALN-ma和UHMWPE-ALN的混合粉末SEM圖和成型后材料FTIR圖譜，推測(cè)可能是由于機(jī)械活化后UHMWPE顆粒表面的層剝落和分子鏈的斷鏈，從而降低部分高分子的分子量

7、，增加其熔融狀態(tài)下的流動(dòng)性，減少材料中的熔融缺陷。此外，EDS圖譜揭示了ALN在UHMWPE-ALN-ma中相對(duì)于UHMWPE-ALN更均勻的分布。
　　(3)比較研究了UHMWPE-ALN-ma與UHMWPE-ALN材料，模仿人工關(guān)節(jié)在人體中的使用條件下藥物的釋放，分別置于25 vol％小牛血清中進(jìn)行摩擦學(xué)試驗(yàn)。與未機(jī)械活化的UHMWPE-ALN材料的藥物釋放情況相比，機(jī)械活化降低了UHMWPE-ALN-ma材料在摩擦磨損條件下