论文摘要
超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有良好耐磨性以及优异的生物相容性,已作为人工关节组件之一成功地应用于临床。但是人工关节假体磨损产生的UHMWPE磨屑能诱发假体周围的骨溶解,导致假体松动,成为影响人工关节服役寿命的主要原因之一。本课题组前期将UHMWPE作为药物载体,分别载入防治骨溶解的药物雌二醇（E2）与阿仑膦酸钠（ALN）,研制出防治骨溶解的载药UHMWPE（UHMWPE-E2、UHMWPE-ALN）。研究结果显示UHMWPE-E2与UHMWPE-ALN具有满足人工髋关节所需的材料学性能；UHMWPE-E2与UHMWPE-ALN磨屑的稳定释放率分别为40%与34%；体外细胞试验结果表明,载药磨屑释放的药物有抑制骨溶解的作用。但是,由于UHMWPE植入人体后,在承受人体重量的同时,还要保证关节的活动性,因此UHMWPE的摩擦学性能决定人工关节的使用舒适度及服役寿命。另外,关节面承载的压力、相对运动产生摩擦力,材料的磨损机理以及体液的润滑环境将协同对载药UHMWPE的药物释放产生影响。因此载入药物对UHMWPE摩擦学性能的影响以及摩擦工况对药物释放的影响有待进一步研究。本研究采用溶剂挥发法和热压成型法制备载不同浓度UHMWPE-ALN （0.25、0.5和1.0 wt%）。通过傅里叶红外光谱分析（FTIR）与热分析（TA）测定药物的热稳定性。对热压成型后的UHMWPE-ALN特征官能团、晶体结构、结晶度、接触角、力学性能进行测定。采用25 vo1%胎牛血清或去离子水润滑,以氧化锆作为对磨副进行球盘摩擦试验,通过比较不同浓度UHMWPE-ALN与UHMWPE的摩擦系数、磨痕体积以及微观形貌评价ALN对UHMWPE摩擦学性能的影响。采用二次电子（SE）、背散射电子（BSE）及X射线能谱（EDX）,分析ALN在UHMWPE-ALN中的分布以及对UHMWPE-ALN磨损的影响。初步研究了加入表面活性剂改善ALN在UHMWPE-ALN中的分散性后的摩擦学性能。采用往复摩擦方式,在去离子水的润滑条件下,研究UHMWPE-ALN1.0 wt%在摩擦过程中的体外药物释放。傅里叶红外光谱（FTIR）与热分析（TA）结果表明,热压过程对UHMWPE-ALN中ALN的官能团没有显著影响,在热压温度范围内ALN没有分解吸热峰；X射线衍射分析（XRD）表明UHMWPE-ALN与UHMWPE具有相似的晶体结构；差示量热扫描（DSC）法和接触角的结果表明,随着载药浓度的增大,UHMWPE-ALN结晶度减小,并且表面趋于亲水；硬度测试表明UHMWPE-ALN的表面硬度没有受到ALN的影响,与UHMWPE相似。由拉伸力学性能测试、小冲杆测试以及纳米划痕测试结果显示当载ALN浓度为0.25 wt%与0.5 wt%时,其力学性能以及抗划伤能力与UHMWPE相似；当载ALN浓度为1.0 wt%, UHMWPE-ALN的力学性能以及抗划伤能力有所下降,尤其是韧性。摩擦试验结果表明,在同种润滑条件以及相同载荷作用下,UHMWPE-ALN 0.25、0.5 wt%的摩擦系数、磨痕体积以及微观形貌与UHMWPE没有显著性差异。而UHMWPE-ALN 1.0 wt%的摩擦系数与磨痕体积有显著增加,微观形貌出现大量松散的无定向纤维,与UHMWPE表面的片状磨损有显著差异。BSE-SEM观察发现在UHMWPE-ALN 1.0 wt%表面有ALN团聚的出现,其耐磨性能的降低与ALN团聚有关。加入表面活性剂后的UHMWPE-ALN 1.0 wt%的摩擦系数、磨损体积与UHMWPE无显著性差异,在其磨损形貌中没有观察到由ALN团聚所引起的大量无定向的纤维,说明ALN的分散性得到改善。摩擦过程中对UHMWPE-ALN 1.0wt%体外释放表明,在磨损的前200小时,润滑液中ALN的质量随时间增加而缓慢增大,ALN浓度在0.79-1.16 mol/L之间；200小时到310小时,ALN的释放速度加快,润滑液中ALN浓度显著增加,在3.66-2.33 mol/L之间。而空白对照组的浸泡液中没有可测定的ALN浓度。结果表明摩擦工况对ALN的释放有促进作用,其释放机理还有待进一步研究。本论文结果显示一定载药浓度（低于0.5 wt%）的UHMWPE-ALN具有与UHMWPE相似的材料学性能与摩擦学性能。通过加入表面活性剂的途径可以解决药物团聚导致的UHMWPE-ALN 1.0wt%的摩擦学性能的下降。与无摩擦状态相比,摩擦过程对UHMWPE-ALN中ALN的释放有促进作用。