聚乙烯表面仿生聚合物刷的构建及其生物摩擦学特性研究

置换关节常处在边界润滑和混合润滑状态，磨损是导致其无菌松动和晚期失效的主要因素。本研究模仿天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构与功能，在人工关节摩擦材料-聚乙烯表面构建具有"再生"能力的聚合物刷。首先在聚乙烯粉体上接枝生物相容性好的高分子单体，然后利用热压法制备表层接枝率高的梯度聚乙烯块体，改善磨屑的生物相容性，减少组织反应。表面与溶液接触后会舒展出接枝分子刷（聚合物刷），并摄取滑液形成水化层，增加润滑液膜的承载能力，降低摩擦与磨损。表面聚合物刷被磨掉后，露出新的接枝表面会"长出"新的聚合物刷，故可起到长期润滑作用。研究模拟体液环境下聚合物刷的润滑与磨损失效机理。分析聚合物刷结构、分子构象和接枝率对其摩擦学行为的影响，建立聚合物刷生物润滑模型。表面聚合物刷样品与典型人工关节硬骨材料和天然关节软骨配副，研究聚合物刷的摩擦学行为，优化聚合物刷构建工艺。为形成新型仿生人工关节技术奠定理论与技术基础。

置换关节常处在边界润滑和混合润滑状态，磨损是导致其无菌松动和晚期失效的主要因素。本研究模仿天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构与功能，开展了在聚乙烯表面接枝改性和聚乙烯块体整体接枝改性研究。表面接枝亲水性单体(丙烯酸AA，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱MPC)，接触角明显低于未处理的聚乙烯的接触角，显著改善了表面润湿性，材料的生物相容性得到有效提高，接枝改性后的磨损率降低，初期的摩擦系数明显低于纯聚乙烯的摩擦系数，随着测试时间的增加，表面接枝层逐渐被磨损变薄，最终被完全磨掉，故短时间内的摩擦学性能得到有效改善，但是长时间的滑动后摩擦系数上升并逐渐接近于纯聚乙烯的摩擦系数。. 基于这些研究存在的问题，本项目在人工关节摩擦材料-聚乙烯表面构建具有“再生”能力的聚合物刷。首先利用紫外光辐照技术，在超高分子量聚乙烯粉末表面接枝亲水性和生物相容性好单体丙烯酸(AA)、N,N-二甲基-N-(甲基丙烯酰氧乙基)氨基丙磺酸内盐(MPDSAH)、丙烯酰胺(AM)，然后利用热压法制备表层接枝率高的梯度聚乙烯块体。改性材料的表面润湿性和生物相容性得到提高，摩擦系数和磨损率下降。由于材料的整体均匀一性，在长时间的测试中，仍能保持稳定的低摩擦系数，这与国外研究仅在块体材料表面接枝不同。. 研究了在模拟体液环境下聚合物刷的润滑与磨损失效机理。研究聚合物刷的摩擦学行为，分析聚合物刷结构和接枝率对其摩擦学行为的影响，优化了聚合物刷构建工艺。为形成新型仿生人工关节技术奠定了理论与技术基础。. 本项目发表论文9篇，其中8篇是SCI收录期刊，编著“生物材料与组织工程”1部，申请发明专利7项。培养获博士学位学生3人，获硕士学位学生6人。