機械活化增強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無菌松動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)性能仍然是其進一步應(yīng)用的阻礙。機械活化夠提供了一種用機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對UHMWPE進行機械活化處理，研究機械活化處理對載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理。本論文研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)研究了機械活化處理UHMWPE-ALN材料的不同工藝對其力學(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度，顯著性提升了UHMWPE-ALN-F68材料的楊氏模量、拉伸強度和斷裂伸長率

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、屈服強度、拉伸強度、斷裂伸長率和破裂功。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UHMWPE-ALN材料和UHMWPE-ALN-F68材料的結(jié)晶區(qū)的晶體參數(shù)沒有顯著性影響。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理。根據(jù)UHMWPE-ALN-ma和UHMWPE-ALN的拉伸試驗后試樣側(cè)面刻蝕后的冷凍斷裂表面SEM圖，揭示了機械活化明顯減少了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，推測可能是由于機械活化后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％小牛血清中進行摩擦學(xué)試驗。與未機械活化的UHMWPE-ALN材料的藥物釋放情況相比，機械活化降低了UHMWPE-ALN-ma材料在摩擦磨損條件下