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文檔簡介
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,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%;體外細胞試驗結(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,還要保證關(guān)節(jié)的活動性,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、相對運動產(chǎn)生摩擦力,材料的磨損機理以及體液的潤滑環(huán)境將協(xié)同對載藥UHMWPE的
3、藥物釋放產(chǎn)生影響。因此載入藥物對UHMWPE摩擦學(xué)性能的影響以及摩擦工況對藥物釋放的影響有待進一步研究。
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)測定藥物的熱穩(wěn)定性。對熱壓成型后的UHMWPE-ALN特征官能團、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、接觸角、力學(xué)性能進行測定。采用25vol%胎牛血清或去離子水潤滑,以氧化鋯作為對磨副
4、進行球盤摩擦試驗,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價ALN對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UHMWPE-ALN中ALN的官能團沒有顯著影響,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)性能測試、小沖桿測試以及納米劃痕測試結(jié)果顯示當(dāng)載ALN濃度為0.25wt%與0.5wt%時,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。
摩擦試驗結(jié)果表明,在同種潤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團聚的出現(xiàn),其耐磨性能的降低與ALN團聚有關(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UHMWPE-ALN1.0wt%體外釋放表明,在磨損的前200小時,潤滑液中ALN的質(zhì)量隨時間增加而緩慢增大,ALN濃度在0.79~1.16mol/L之間;200小時到310小時,ALN的釋放速度加快,潤滑液中ALN濃度顯著增加,在3.66~2.33mol/L之間。而空白對照組的浸泡液中沒有可測定的ALN濃度。結(jié)果表明摩擦工況對ALN的釋放有促進作用,其釋放機理還有待進一步研究。
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