表面仿生假肢材料-皮膚界面摩擦特性研究.pdf

1、截肢患者穿戴假肢時需要預(yù)緊力，預(yù)緊力過小假肢與皮膚界面之間產(chǎn)生相對滑動，導(dǎo)致截肢患者皮膚損傷，行走舒適度降低，甚至出現(xiàn)假肢脫落等現(xiàn)象;若預(yù)緊力過大，會導(dǎo)致皮下組織彈性變形過大，引起血液循環(huán)受阻，引起皮膚腫脹甚至出現(xiàn)壞死等現(xiàn)象。因此，在合適預(yù)緊力下最大程度地降低假肢與皮膚界面之間的相對滑動，提高其貼合性是假肢材料表面設(shè)計最終追求的目標。然而，國內(nèi)外在此方面的研究較少，尤其是通過仿生表面設(shè)計來提高假肢與皮膚界面之間的貼合性，降低摩擦能量損耗

2、鮮有報道。
　　本文按照樹蛙、壁虎腳掌的形貌結(jié)構(gòu)，設(shè)計了四種不同的仿生表面織構(gòu)。利用DSA100型視頻接觸角測量儀、OLS1100型三維激光共焦掃描顯微鏡等對其表面特征進行了分析。借助于UMT-Ⅱ多功能摩擦磨損試驗機，采取單向和往復(fù)摩擦的面/面接觸模式模擬假肢材料/皮膚界面的運動模式，并基于定積分求不規(guī)則圖形面積的理論對摩擦前后的能量損耗進行計算，研究了不同仿生表面織構(gòu)、力值和速度對其界面摩擦特性的影響。從摩擦學、生物學、材料學等

3、多學科交叉的角度研究了防止假肢/皮膚界面滑動最優(yōu)化的仿生表面結(jié)構(gòu)，揭示了增強假肢/皮膚界面粘附性的機理。主要結(jié)論如下:
　　1.四種不同的仿生表面織構(gòu)中，硅膠材料的溝槽深度小于聚氨酯材料的溝槽深度。正四棱柱結(jié)構(gòu)能夠降低表面接觸角，提高固體表面親水性，正六棱柱和圓柱能夠提高固體表面接觸角，降低固體表面親水性。固體表面仿生結(jié)構(gòu)增加了其表面能，增加了固體表面的粘附機理。
　　2.表面仿生假肢材料/皮膚界面的單向摩擦試驗發(fā)現(xiàn):a.初

4、始滑動位移隨著正壓力的增加而增加，平均摩擦系數(shù)隨著正壓力的增加而減少。b.初始滑動位移隨著速度的增加而減少，平均摩擦系數(shù)隨著速度的增加而減少。
　　3.表面仿生假肢材料/皮膚界面的往復(fù)摩擦試驗發(fā)現(xiàn):往復(fù)摩擦過程中一個周期的能量損耗隨著正壓力的增加而增加;正壓力較小時，均存在相對滑移，隨著正壓力的增加相對滑移逐漸減小。速度對一個周期內(nèi)的能量損耗影響不大。
　　4.綜合評定仿生形貌的優(yōu)劣，其中最優(yōu)的是正六棱柱，其次是光滑表面，然