殘余生物活性對(duì)骨組織生物摩擦學(xué)行為的影響.pdf

1、骨骼作為人體的支架擁有良好的力學(xué)性能，骨骼系統(tǒng)中存在的很多生物摩擦副（關(guān)節(jié)摩擦副）往往因疾病、創(chuàng)傷等原因受到損傷而喪失其原有的功能，是威脅人類健康的嚴(yán)重問題之一，應(yīng)用人工骨修復(fù)、替換人體病變或損傷組織器官，是臨床醫(yī)學(xué)中的有效治療途徑。人體骨組織與植入體之間構(gòu)成典型的生物摩擦副，其摩擦界面間存在生命物質(zhì)交換，如水、蛋白質(zhì)、礦物等，會(huì)對(duì)其生物摩擦學(xué)行為有重要影響，即骨組織的生物活性對(duì)其生物摩擦學(xué)行為有重要影響。目前，已有研究表明骨組織生物活

2、性物質(zhì)·的變化影響其力學(xué)性能和粘彈性。然而，關(guān)于生物活性對(duì)骨組織本身的生物摩擦學(xué)行為的研究還未見報(bào)道。因此，開展殘余生物活性對(duì)骨組織生物摩擦學(xué)行為影響的研究工作具有創(chuàng)新性，研究揭示生物活性對(duì)離體骨組織生物摩擦學(xué)行為的影響和作用機(jī)理，對(duì)深入認(rèn)識(shí)天然生物體材料與工程材料摩擦學(xué)特性的本質(zhì)區(qū)別有重要意義，同時(shí)也為骨組織修復(fù)和人工骨的研制等技術(shù)創(chuàng)新提供重要的理論基礎(chǔ)。
　　本文對(duì)骨組織進(jìn)行干燥處理，獲得不同生物活性的骨組織樣品，并對(duì)其中兩組

3、干燥樣品進(jìn)行浸潤(rùn)處理，同時(shí)還加入人工骨材料，在球-平面接觸模式下進(jìn)行摩擦學(xué)試驗(yàn)，其中還進(jìn)行水含量對(duì)骨組織應(yīng)力分布影響的有限元計(jì)算，主要研究生物活性對(duì)骨組織生物摩擦學(xué)行為的影響情況及其作用機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　(1)在摩擦學(xué)試驗(yàn)中，水含量對(duì)骨組織生物摩擦學(xué)性能具有重要的影響，主要表現(xiàn)為:水含量降低導(dǎo)致骨組織表面彈性模量和納米硬度增大，骨組織硬化塑性能力變差，脆性增強(qiáng)，對(duì)外加載荷敏感。水含量也影響骨組織的粘彈性，干燥后骨組織粘彈性

4、差，骨組織易發(fā)生疲勞磨損和剝落。浸潤(rùn)條件恢復(fù)的水分能一定程度上恢復(fù)干燥骨組織的黏性和彈性，但不能使其摩擦學(xué)性能恢復(fù)。水含量在骨組織中的變化同時(shí)也影響骨組織中的膠原蛋白和礦物成分，導(dǎo)致了骨組織生物摩擦學(xué)行為的變化。
　　(2)在本文選取的干燥溫度下，礦物中的結(jié)晶水均能保持完好，60℃主要去除的是流動(dòng)水和少量的親和水，120℃能大量去除親和水。同時(shí)，骨基質(zhì)的主要成分Ⅰ型膠原蛋白熱穩(wěn)定性差，受熱會(huì)發(fā)生融化，水分的去除還會(huì)導(dǎo)致膠原蛋白硬化

5、或變性。這些都導(dǎo)致骨組織中膠原蛋白的交聯(lián)性能變?nèi)酰艿綌D壓或拉扯易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致骨組織脫層和剝落。膠原蛋白失活也會(huì)導(dǎo)致其上連接的礦物晶體脫落，從而加劇磨損。生物活性的變化對(duì)骨組織生物摩擦學(xué)行為有顯著的影響。
　　(3)有限元分析方法和人工骨及其生物活性涂層的摩擦學(xué)行為加深了對(duì)生物活性重要性的認(rèn)識(shí)。有限元分析方法中，干燥后骨組織孔隙率明顯增大，導(dǎo)致骨組織整體的應(yīng)力值增大，使骨組織處于破壞應(yīng)力作用。同時(shí)孔洞內(nèi)易出現(xiàn)應(yīng)力集中，哈弗氏系統(tǒng)