載阿侖膦酸鈉超高分子量聚乙烯球盤摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有良好耐磨性以及優(yōu)異的生物相容性，已作為人工關(guān)節(jié)組件之一成功地應(yīng)用于臨床。但是人工關(guān)節(jié)假體磨損產(chǎn)生的UHMWPE磨屑能誘發(fā)假體周圍的骨溶解，導(dǎo)致假體松動(dòng)，成為影響人工關(guān)節(jié)服役壽命的主要原因之一。本課題組前期將UHMWPE作為藥物載體，分別載入防治骨溶解的藥物雌二醇(E2)與阿侖膦酸鈉(ALN)，研制出防治骨溶解的載藥UHMWPE(UHMWPE-E2、UHMWPE-ALN)。研究結(jié)果顯示UHMWPE-E2

2、與UHMWPE-ALN具有滿足人工髖關(guān)節(jié)所需的材料學(xué)性能；UHMWPE-E2與UHMWPE-ALN磨屑的穩(wěn)定釋放率分別為40％與34％；體外細(xì)胞試驗(yàn)結(jié)果表明，載藥磨屑釋放的藥物有抑制骨溶解的作用。但是，由于UHMWPE植入人體后，在承受人體重量的同時(shí)，還要保證關(guān)節(jié)的活動(dòng)性，因此UHMWPE的摩擦學(xué)性能決定人工關(guān)節(jié)的使用舒適度及服役壽命。另外，關(guān)節(jié)面承載的壓力、相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，材料的磨損機(jī)理以及體液的潤(rùn)滑環(huán)境將協(xié)同對(duì)載藥UHMWPE的

3、藥物釋放產(chǎn)生影響。因此載入藥物對(duì)UHMWPE摩擦學(xué)性能的影響以及摩擦工況對(duì)藥物釋放的影響有待進(jìn)一步研究。
　　 本研究采用溶劑揮發(fā)法和熱壓成型法制備載不同濃度UHMWPE-ALN(0.25、0.5和1.0wt％)。通過傅里葉紅外光譜分析(FTIR)與熱分析(TA)測(cè)定藥物的熱穩(wěn)定性。對(duì)熱壓成型后的UHMWPE-ALN特征官能團(tuán)、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、接觸角、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)定。采用25vol％胎牛血清或去離子水潤(rùn)滑，以氧化鋯作為對(duì)磨副

4、進(jìn)行球盤摩擦試驗(yàn)，通過比較不同濃度UHMWPE-ALN與UHMWPE的摩擦系數(shù)、磨痕體積以及微觀形貌評(píng)價(jià)ALN對(duì)UHMWPE摩擦學(xué)性能的影響。采用二次電子(SE)、背散射電子(BSE)及X射線能譜(EDX)，分析ALN在UHMWPE-ALN中的分布以及對(duì)UHMWPE-ALN磨損的影響。初步研究了加入表面活性劑改善ALN在UHMWPE-ALN中的分散性后的摩擦學(xué)性能。采用往復(fù)摩擦方式，在去離子水的潤(rùn)滑條件下，研究UHMWPE-ALN1.0

5、wt％在摩擦過程中的體外藥物釋放。
　　 傅里葉紅外光譜(FTIR)與熱分析(TA)結(jié)果表明，熱壓過程對(duì)UHMWPE-ALN中ALN的官能團(tuán)沒有顯著影響，在熱壓溫度范圍內(nèi)ALN沒有分解吸熱峰；X射線衍射分析(XRD)表明UHMWPE-ALN與UHMWPE具有相似的晶體結(jié)構(gòu)；差示量熱掃描(DSC)法和接觸角的結(jié)果表明，隨著載藥濃度的增大，UHMWPE-ALN結(jié)晶度減小，并且表面趨于親水；硬度測(cè)試表明UHMWPE-ALN的表面硬度沒

6、有受到ALN的影響，與UHMWPE相似。由拉伸力學(xué)性能測(cè)試、小沖桿測(cè)試以及納米劃痕測(cè)試結(jié)果顯示當(dāng)載ALN濃度為0.25wt％與0.5wt％時(shí)，其力學(xué)性能以及抗劃傷能力與UHMWPE相似；當(dāng)載ALN濃度為1.0wt％，UHMWPE-ALN的力學(xué)性能以及抗劃傷能力有所下降，尤其是韌性。
　　 摩擦試驗(yàn)結(jié)果表明，在同種潤(rùn)滑條件以及相同載荷作用下，UHMWPE-ALN0.25、0.5wt％的摩擦系數(shù)、磨痕體積以及微觀形貌與UHMWPE沒

7、有顯著性差異。而UHMWPE-ALN1.0wt％的摩擦系數(shù)與磨痕體積有顯著增加，微觀形貌出現(xiàn)大量松散的無定向纖維，與UHMWPE表面的片狀磨損有顯著差異。BSE-SEM觀察發(fā)現(xiàn)在UHMWPE-ALN1.0wt％表面有ALN團(tuán)聚的出現(xiàn)，其耐磨性能的降低與ALN團(tuán)聚有關(guān)。加入表面活性劑后的UHMWPE-ALN1.0wt％的摩擦系數(shù)、磨損體積與UHMWPE無顯著性差異，在其磨損形貌中沒有觀察到由ALN團(tuán)聚所引起的大量無定向的纖維，說明ALN的

8、分散性得到改善。
　　 摩擦過程中對(duì)UHMWPE-ALN1.0wt％體外釋放表明，在磨損的前200小時(shí)，潤(rùn)滑液中ALN的質(zhì)量隨時(shí)間增加而緩慢增大，ALN濃度在0.79～1.16mol/L之間；200小時(shí)到310小時(shí)，ALN的釋放速度加快，潤(rùn)滑液中ALN濃度顯著增加，在3.66～2.33mol/L之間。而空白對(duì)照組的浸泡液中沒有可測(cè)定的ALN濃度。結(jié)果表明摩擦工況對(duì)ALN的釋放有促進(jìn)作用，其釋放機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。