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413 / 2021-06-16 15:20:12
具有体内自润滑功能的陶瓷人工关节材料
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具有体内自润滑功能的陶瓷人工关节材料
李颖欣，经佩佩，邓乔元，冷永祥*
西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室 材料科学与工程学院 四川 成都 610031
Email: liyingxin@my.swjtu.edu.cn（李颖欣），yxleng@263.net（冷永祥）
西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室 材料科学与工程学院 四川 成都 610031
Email: liyingxin@my.swjtu.edu.cn（李颖欣），yxleng@263.net（冷永祥）
摘 要：第四代陶瓷人工关节Biolox@delta因具有优异的力学性能、耐磨性和生物相容性而受到广泛关注，其主要成分为氧化锆增韧氧化铝（ZTA）。但第四代陶瓷人工关节在服役过程中仍存在假体碎裂、异响、磨损等临床并发症问题。针对上述临床并发症，本文提出金属元素掺杂氧化锆增韧氧化铝陶瓷，利用陶瓷材料表面释放金属离子的催化作用及陶瓷材料表面物理化学性质介导蛋白质在陶瓷材料摩擦界面吸附、变性、分解，最终转变成生物蛋白膜及类石墨碳润滑层，使陶瓷材料摩擦界面润滑层厚度增加，降低摩擦系数及界面接触应力，减轻陶瓷界面摩擦磨损及磨损裂纹的形成，降低陶瓷磨损、碎裂及异响发生几率，使陶瓷人工关节实现体内自润滑。本文成功制备出不同铜含量的氧化锆增韧氧化铝陶瓷（0wt.%、1.5wt.%、3wt.%和5wt.%），并对陶瓷材料的成分组织结构、力学性能、摩擦学性能和生物相容性进行表征和分析，摩擦磨损实验分别在空气、磷酸盐缓冲液（PBS）、白蛋白溶液（BSA，20mg/ml）中进行。研究结果发现，随着铜含量的增加，Cu：ZTA的孔洞逐渐增多，硬度逐渐降低，断裂韧性逐渐提高。5wt.%Cu:ZTA在空气、PBS和BSA都具有良好的耐磨性。当掺入铜后，Cu：ZTA的生物相容性得到改善。
关键词: 氧化锆增韧氧化铝；体内自润滑；生物蛋白膜；类石墨碳润滑层
图：类石墨碳润滑层的形成
参 考 文 献：
[1] 曾建春, 曾意荣, 樊粤光,等. 第四代陶对陶全髋关节置换术后陶瓷头碎裂翻修[J]. 中华关节外科杂志, 2013, 7(5): 722-726.
[2] Lim S J , Ryu H G , Eun H J , et al. Clinical Outcomes and Bearing-Specific Complications Following Fourth-Generation Alumina Ceramic-on-Ceramic Total Hip Arthroplasty: A Single-Surgeon Series of 749 Hips at a Minimum of 5-Year Follow-Up[J]. Journal of Arthroplasty, 2018.
[3] M. Al-Hajjar, I. J. Leslie, J. Tipper, et al. Effect of cup inclination angle during microseparation and rim loading on the wear of BIOLOX® delta ceramic-on-ceramic total hip replacement [J]. Journal of Biomedical Materials Research Part B Applied Biomaterials, 2010, 95(2): 263-268.
[4] Q Y, Gong Y L, Jing. P P. et al. Formation of a carbonaceous film on the surface of Cu in a bovine serum albumin solution.[J] Surface & Coatings Technology, 2019, 358:611–616.
[5] 经佩佩, 张悦, 罗潇雨,等. 人工髋关节摩擦界面蛋白质吸附变性分解行为及类石墨碳润滑层形成的分子机制[J]. 表面技术, 2020, 49(6):63-70.
[2] Lim S J , Ryu H G , Eun H J , et al. Clinical Outcomes and Bearing-Specific Complications Following Fourth-Generation Alumina Ceramic-on-Ceramic Total Hip Arthroplasty: A Single-Surgeon Series of 749 Hips at a Minimum of 5-Year Follow-Up[J]. Journal of Arthroplasty, 2018.
[3] M. Al-Hajjar, I. J. Leslie, J. Tipper, et al. Effect of cup inclination angle during microseparation and rim loading on the wear of BIOLOX® delta ceramic-on-ceramic total hip replacement [J]. Journal of Biomedical Materials Research Part B Applied Biomaterials, 2010, 95(2): 263-268.
[4] Q Y, Gong Y L, Jing. P P. et al. Formation of a carbonaceous film on the surface of Cu in a bovine serum albumin solution.[J] Surface & Coatings Technology, 2019, 358:611–616.
[5] 经佩佩, 张悦, 罗潇雨,等. 人工髋关节摩擦界面蛋白质吸附变性分解行为及类石墨碳润滑层形成的分子机制[J]. 表面技术, 2020, 49(6):63-70.
重要日期
-
会议日期
04月24日
2023
至04月27日
2023
-
03月20日 2023
初稿截稿日期
-
04月27日 2023
注册截止日期
主办单位
中国机械工程学会
承办单位
中国科学院兰州化学物理研究所
联系方式
- Miss 胡海媛
- hy******@licp.cas.cn
- +86********
历届会议
-
2017年04月20日 中国 南京市
2017年全国青年摩擦学学术会议 -
2016年05月20日 中国 西安市
2016年全国青年摩擦学学术会议 -
2013年05月01日 中国 青岛市
2013年全国青年摩擦学学术会议
