UHMWPE髋臼的厚度对摩擦磨损的影响研究

人工关节中的髋臼大多采用耐磨损性能非常优良的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制作。但仍然产生部分超细磨屑造成骨溶解致使髋臼出现无菌松动。为了了解髋臼的磨损机理，尽量减少磨屑的产生，本研究用美国的ABAQUS有限元软件，对髋臼的厚度与应力，应变关系进行了计算，从应力与磨损之间关系入手，知道了超高分子量聚乙烯髋臼厚度对髋臼摩擦磨损的影响，分析了髋臼磨损机理，为合理设计人工关节提供了理论依据。     

钛表面梯度生物活性涂层材料在颅骨修补中的生物性能

BACKGROUND: Titanium mesh has good clinical effect in repairing skull defects, but due to the lack of bone induction ability, the titanium mesh has a poor integration with the bone tissue. OBJECTIVE: To observe the biological properties of the gradient bioactive coating materials on the titanium surface in the skull repair. METHODS: Osteoblasts were co-cultured with the titanium mesh with or without gradient bioactive coatings for 14 days, and then cell proliferation was detected using MTT method. Seventy-one patients with skull defects were enrolled, including 43 males and 28 females, aged 15-60 years, and were subjected to skull repair using the titanium mesh with (observation group, n=3) or without (control group, n=38) gradient bioactive coatings. During the postoperative follow-up of 12 months, the repairing effects and adverse reactions were observed in the two groups. RESULTS AND CONCLUSION: (1) In vitro cell culture: the cell proliferative ability was increased significantly in the observation group as compared with the control group at 8, 10, 12 and 14 days after cell culture. (2) In vivo repair: the hospital stay and wound healing time in the observation group were significantly lower than those in the control group (P < 0.05), and at the final follow-up, the postoperative recovery effect was significantly higher in the observation group than the control group (P < 0.05). The titanium meshes were fixed firmly in the two groups, with no floating, infection and exposure. These results show that the titanium mesh with gradient bioactive coating has good biocompatibility and osteoinduction capacity.      

碳增强的聚醚醚酮人工关节假体材料的磨损性能研究

目的 研制新型人工关节假体材料-碳纤维增强的聚醚醚酮(CFPEEK)，评价其生物磨损性能。方法 采用国产材料和工艺研制出CFPEEK复合材料，在模拟体液环境下对其本身以及与不同磨擦偶间的磨损性能进行测试，并与传统髋臼假体材料超高分子聚乙烯(UHMWPE)和传统金属人工关节材料的耐磨损性能进行比较。结果 1 CFPEEK的体积磨损率只为UHWMPE的1／2，耐磨损性能明显优于UHMWPE。CFPEEK与钴铬钼合金(CoCrMo)对磨将产生最少的磨屑。CFPEEK与CoCrMo对磨时的摩擦系数最低。2CFPEEK的体积磨损率分别为钛合金(Ti)和CoCrMo的1／50和1／20，前者与后两者相比，均具有非常显著性差异，磨损表面形态观察显示CFPEEK磨痕细小，基质纤维结合良好。结论 CFPEEK材料具耐磨损、生物相容性好的特点，是一种未来假体的理想材料。     

新型牙科修复材料—钛与天然牙摩擦学特性匹配的研究

新型牙科修复材料钛,不但生物相容性优异,耐腐蚀性强,硬度适中,比重轻,接近人体骨骼,而且力学性能优良,接近ADAS（美国牙医师会）的Ⅲ、Ⅳ型金合金,其比强度（抗拉强度／密度）高,是铝的1．3倍,钢的1．5倍。本文对人体活牙及牙用钛金属修复材料的干态及润滑工况下摩擦磨损进行了对比试验研究。为了更好的模拟牙齿这对摩擦副,实验在改进后的微动试验台上进行,对磨的球面试样为Gr15钢球,运动采取往复运动形式,主要测试参数为：位移幅度500μm,压力20N,频率2Hz,循环5000次。通过比较磨损性能,结果显示,钛的摩擦学性能接近人体天然牙,作为牙科修复材料可望与人体天然牙匹配,是最具有发展前景的人工义齿材料之一。     

PIII逐级能量注入制备生物梯度材料的组成分布

在等离子体浸没离子注入 -离子束增强沉积制备功能梯度材料的过程中 ,离子注入的剂量及离子在基体表层的分布有非常重要的影响。本研究提出采用逐级能量注入法 ,确保注入离子在基体表层的单调连续分布 ,以满足功能梯度材料制备的要求。针对 Ti- C系生物功能梯度材料的制备 ,进行了碳离子逐级能量注入的离子分布计算机模拟 ,并进行了实验验证     

钛合金牙科修复材料表面渗氮改性的生物摩擦学特性研究

牙用钛合金TC4,使用渗氮表面技术处理.对强化层进行人工唾液润滑工况下往复式滑动摩擦磨损的动态试验.采用显微硬度、轮廓深度、XPS、显微镜观察等研究磨损机理.结果表明,钛合金TC4表面氮化处理后,摩擦学性能、耐磨性得以提高.其磨损机理表现为粘着磨损.     

PIⅡ逐级能量注入制备生物梯度材料的组成分布

在等离子体浸没离子注入－离子束增强沉积制备功能梯度材料的过程中，离子注入的剂量及离子在基体表层的分布有非常重要的影响，本研究提出采用逐级能量注入法，确保注入离子在基体表层的单调连续分布，以满足功能梯度材料制备的要求，针对Ti-C系生物功能梯度材料的制备，进行了碳离子逐级能量注入的离子分布计算机模拟，并进行了实验验证。     

模糊血液相容度法对DLC/Ti生物碳素梯度涂层材料的评价

采用 PIII- IBED技术制备生物碳素梯度涂层作为人工心脏瓣膜材料 ,分析了材料表面与血液间的相互作用 ;采用体外动态凝血时间、溶血率和血小板消耗率对所制备材料进行了血液相容性评价。在单因素评价的基础上进行了模糊数学综合评价 ,提出了模糊血液相容度 ( FHCD)的概念。综合评判结果表明 ,所制备的梯度涂层材料综合血液相容性 ( FHCD为 0 .70 - 0 .80 )优于碳 /氮离子注入的钛合金、等离子体化学气相沉积碳及碳化钛和氮化钛涂层等对比材料 ,接近公认血液相容性优良的低温各向同性碳 ( FHCD为 0 .72 - 0 .82 )     

不同材料人工关节磨损颗粒对假体--骨界面骨形成影响的比较研究

目的 :观察不同材料人工关节磨损颗粒对假体 -骨界面骨形成的影响 ,进一步探讨其在人工关节无菌性松动中的作用。方法 :以改良“骨收集室”(BHC)植入兔胫骨干骺端为假体 骨界面模型 ,分别在BHC内加入1.5mg/ml(W/V)Ti合金、CoCr合金或UHMWPE颗粒混悬物 10 μl,4周取材。组织学观察成骨情况 ,颗粒分布及其周围的组织细胞学反应。图像分析测量每个视野小梁骨面积与组织总面积的比值 (BA/TTA) ,于各组间比较。结果 :UHMWPE颗粒与CoCr合金颗粒均明显抑制BHC内网织骨形成 ,并有以MΦ为主的炎症反应及纤维组织大量增生 ,组织构成与人体内无菌性松动假体周围界膜接近。Ti合金颗粒则对成骨影响相对较小。各加颗粒组BHC中组织BA/TTA均小于空白对照组 (P <0 .0 1) ,其中又以UHMWPE颗粒与CoCr合金颗粒组最小 (P <0 .0 1) ,而后两者间无显著性差异 (P >0 .0 5 )。结论 :磨损颗粒除可激活MΦ性骨溶解外 ,还可抑制网织骨形成。因此 ,其造成的人工关节假体 骨界面骨重建障碍可能是骨吸收增加和骨形成减少协同作用的结果。     

氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度材料的制备及力学检测

BACKGROUND: Studies have shown that the nano-hydroxyapatite coating on the surface of zirconia has not only high strength and toughness, but also good biocompatibility. It is an ideal substitute for hard tissue. However, the coating is easy to fall off from the surface of zirconia, which is a fatal defect.     

氧离子注入增强人工关节软骨材料-UHMWPE的耐磨性

用高能离子注入机对超高分子量聚乙烯 (U HMWPE)进行了 O+注入改性 ,注入能量为 4 5 0 ke V和 10 0ke V,剂量分别为 1× 10 1 5/cm2 ,5× 10 1 5/cm2和 1× 10 1 6 /cm2。以 Si3N4 球为上销样 ,UHMWPE为下盘样组成摩擦副 ,在销盘摩擦试验机上评价它们在干摩擦和蒸馏水润滑条件下的磨损性能。结果表明 ,几种注入工艺均增强了UHMWPE的耐磨性 ,但提高了其摩擦系数 ,其中以能量为 4 5 0 Ke V,剂量为 5× 10 1 5/cm2的注入样品耐磨性最好。未注入 U HMWPE的磨损主要表现为黏着、塑性变形和犁沟 ,注入 U HMWPE的磨损主要为表面硬化层疲劳裂纹的萌生、扩展、剥落及磨粒磨损     

人工髋关节超高分子量聚乙烯磨粒分析的现状及趋势

简要介绍了目前国内外分析人工髋关节磨粒的技术,评述了在各种实验方法条件下生成的人工髋关节超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)磨粒的种类及特性、人工髋关节的磨损机制以及影响其磨损机制的因素,阐述了建立人工髋关节磨粒图谱的重要作用及意义,并对未来的研究重点进行了展望。应加强磨粒形貌特性与人工髋关节磨损机制之间的相互关系研究,以及在考虑生物化学环境和力学作用等因素协同作用条件下建立合适的人工髋关节磨损预测模型的研究。这对于人工关节置换的临床应用研究以及生物摩擦学的深入发展都具有重要的理论价值和现实意义。     

人工关节改性材料的生物摩擦学研究

目的　研究不同人工关节材料的改性技术及生物摩擦学性能,为新型人工关节设计提供可靠的技术与理论基础。方法　选用表面渗碳、微弧氧化和氮离子注入技术对钛合金表面进行改性,以提高其耐磨损性能;超高分子量聚乙烯则采用填充改性技术,制备了UHMWPE/BHA、UHMWPE/NC和UHMWPE/VE复合材料,通过提高UHMWPE关节假体的承载能力和蠕变抗力,降低其磨损率;以聚乙烯醇（PVA）为基体材料,选用纳米羟基磷灰石（HA）为增强剂,制备了PVA/HA复合仿生人工软骨材料,考察了其摩擦学特性。结果　(1) 钛合金的表面改性可获得结合性能良好的表面陶瓷层,可有效提高钛合金的耐磨损性能。（2）超高分子量聚乙烯的填充改性,可获得耐磨损性能良好的关节复合材料,有效减少超高分子量聚乙烯磨损颗粒的产生并降低其磨损颗粒引起的生物学反应     

Tribological characterization of a biocompatible thin film of UHMWPE on Ti6Al4V and the effects of PFPE as top lubricating layer

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) thin film was coated onto Ti6Al4V alloy specimens using dip coating method. Tribological performance of this coating (thickness of 19.6±2.0 μm) was evaluated using 4 mm diameter Si₃N₄ ball counterface in a ball-on-disk tribometer. Tests were carried out for different normal loads (0.5, 1.0, 2.0 and 4.0 N) and rotational speeds of the disk (200 and 400 rpm). UHMWPE coating formed in this study exhibits high hydrophobicity with water contact angle of 135.5±3.3° and meets the requirements of cytotoxicity test using the ISO 10993-5 elution method. This coating shows low coefficient of friction (0.15) and high wear durability (>96,000 cycles) for the tested conditions. PFPE overcoat on UHMWPE has further increased the wear durability of UHMWPE coating as evaluated at even higher rotational speed of 1000 rpm.     

生物衍生组织工程骨支架材料的制备及理化特性

我们用物理化学方法处理自制的天然生物衍生骨支架材料 ,测试其理化性质及力学强度 ,为骨组织工程研究提供可供选择的支架材料。将猪肋骨进行一系列理化处理 ,制成完全脱蛋白骨 (FDB)、部分脱蛋白骨(PDPB)、部分脱钙骨 (PDCB)三种材料 ,用扫描电镜观察其形貌特征 ,用 X射线衍射分析、X射线能量散射分析材料成份 ,用微量凯氏定氮法测定蛋白质含量 ,并对材料的力学性能进行分析测定。结果发现 ,FDB、PDPB、PDCB三种材料皆保持原骨组织的天然网状孔隙系统。其钙 /磷比值依次为 1.81、1.74和 1.5 0。三种材料的蛋白质含量为0 .0 1%± 0 .0 2 % ,2 2 .41%± 0 .83%和 35 .75 %± 2 .2 1% ,力学强度大小为 :PDCB>PDPB>FDB。可见 ,用不同理化方法处理制得的三种生物衍生骨材料皆保存原骨组织的天然网状孔隙系统 ,所含有机及无机成分含量不同 ,力学性能亦有差异 ,尚需要进一步验证其细胞相容性和组织相容性。     

Influence of a Melt Flow on Generation of Functionally Graded Structure in Bulk Polymeric Materials under Uniaxial Thermal Gradient

A mechanism for the generation of the compositional gradient along the long axis for poly(ε‐caprolactone) (PCL)/poly(ethylene oxide) (PEO) blend under uniaxial thermal gradient was proposed by observations of the convection of polymer using graphite powder as a visual probe. The convection under the thermal gradient promoted the transfer of PCL into the liquid phase from the interface of PEO crystallites. The convex downward shape of the solid–liquid interface indicates the generation of the compositional gradient along the radial direction. By dissolution of PEO, a porous scaffold with a porosity gradient structure along the longitudinal direction was fabricated.

     

人工髋关节磨损分析和临床失效诊断推理

目的研究人工髋关节磨损机理及磨损寿命界定准则,分析非正常磨损的具体原因和磨损失效的临床表现形式,建立失效事件的分析推理路线。方法通过弹性流体动力润滑分析和有限元分析确定人工髋关节中的摩擦磨损过程及导致早期非正常磨损的产生因素;通过建立磨损寿命界定准则确定人工髋关节的使用寿命;通过磨损—骨溶解形态学矩阵对磨损失效临床表现形式进行归纳分类;通过临床调研建立失效事件推理逻辑。结果计算得出球头—髋臼间的最小滑膜厚度和接触应力,以及相关参数的影响,作为磨损分析的理论依据;提出人工髋关节以几何形态变化导致的机械学失效和以骨溶解导致的生物学失效两种磨损寿命界定准则;得出磨损失效9种临床表现形式;提出磨损失效事件分析推理路线图。结论人工髋关节运动副中主要发生边界摩擦和混合摩擦,以及粘着、犁沟和三体磨损等磨损过程;髋臼与球头的表面质量、配合间隙及圆度对早期非正常磨损具有重要的影响;金属—UHMWPE配副人工髋关节正常机械学磨损寿命可以达到40年,但生物学磨损寿命最多为15～20年,后者是制约今天假体使用寿命的根源;磨损失效临床表现形式的多样性是机械磨损与骨溶解过程综合的形态学效果;在失效事件分析中推理路线图可提供一定的帮助。     

脑靶向N-苯甲酰-他克林的合成及性质的初步研究

为了提高盐酸他克林 (THA)透过血脑屏障 (BBB)的能力 ,以 THA和苯甲酰氯反应制得其酰化前体药物 :N-苯甲酰 - THA和 N-二苯甲酰 - THA。考察了它们在不同 p H值和不同温度的缓冲液中 ,及小鼠血浆中的降解情况 ;测定了前体药物与原药的脂水分布系数 ;用生物分配胶团色谱法预测了前体药物的靶向性。结果表明 :合成产物经 1 H NMR、IR、MS、U V证实为目标前体药物。前体药物在不同的体外环境下比较稳定。与原药相比较 ,前体药物脂水分布系数、生物分配胶团色谱保留时间均显著增大。提示 N-苯甲酰 - THA前体药物有望成为脑内定向给药的有效途径     

用表面界面性能评价生物碳素材料血液相容性的可行性研究

以类金刚石薄膜(DLC)、含硅DLC、石墨、金刚石薄膜(DF)、低温各向同性碳(LTIC)和碳化硅为材料样本,用T型关联度法对其动态凝血时间、血小板消耗率、溶血率和表面能量参数等数据进行了灰色关联分析。结果显示:(1)动态凝血时间与亲水性的表面能量参数呈正相关,与临界表面张力呈负相关,其中与界面张力的关联度最大(0.63),其次为临界表面张力(-0.43);(2)与动态凝血时间的情形刚好相反,溶血率与亲水性的表面能量参数呈负相关,而与临界表面张力呈正相关,对溶血率影响较大的仍然是界面张力(-0.43)和临界表面张力(0.29);(3)与血小板消耗率关联最大的是临界表面张力(0.68),其次为表面张力(0.32);(4)动态凝血时间与血小板消耗率、溶血率之间有较大的负关联度。结果表明:动态凝血时间取决于其表面亲水性和有限润湿的平衡,血小板消耗的基础是材料表面良好的润湿与亲水性,而材料表面的疏水作用和充分的润湿则成为溶血的推动力量;动态凝血时间与溶血率和血小板消耗率之间具有“跷跷板效应”,因而可等效地用动态凝血时间评价生物碳素材料的血液相容性。证实:以血浆蛋白吸附为先导的血小板黏附、变形而致血栓形成,是生物碳素材料的主要凝血机制;可以临界表面张力为指标评价其血液相容性。本研究为用表面界面性能评价生物碳素材料的血液相容性提供了理论依据。