1。1 国内外研究现状

1。2 研究目的及意义

在天然的人体机制中，关节是承受人体载荷最重要的部分。关节在人体中每天要承受 外界各种大小、不同形式的载荷变化带来的关节系统的物理、化学、以及腐蚀方面的变化。 在正常没有疾病和事故的情况下，人体中天然的关节可以一直正常的运动。

随着社会经济的发展与科技的进步，越来越多的人出现了骨关节健康问题，各种交通 事故的频发也是生物关节置换手术飞速发展推动的动力。最初人们采用当时象牙、玻璃、 金箔等作为治疗骨科疾病的介质，这些材料比较容易折断而且韧性也差。后来，1938 年 Wiles[9]首次使用不锈钢作为关节材料替代物完成了不锈钢材料髋关节置换的手术，不锈钢 成为了关节置换的材料，但是不锈钢材料的生物相容性没有那么好，而且比重大，后来人 们又研就了新型的材料。1963 年英国曼彻斯特人 JohnCharnley 研究建立的 Charnley 型低 摩擦全髋关节假体，奠定了现代人工关节置换技术的基础[10]。人工关节置换技术快速发展，

满足了日益增加的患者解除病痛的需求。在这种金属与超高分子聚乙烯组成的摩擦副中， 这样的置换材料能够广泛生产与应用主要是由于超高分子聚乙烯的材料性质，它具有较低 的摩擦系数，耐磨性能也高，同时能够很好的与人体关节相磨合而且韧性好，不会产生对 人体有害的有毒物质。在生物关节材料的摩擦磨损试验及研究应用中必须考虑摩擦热的影 响。摩擦热会影响材料的摩擦性能参数，而材料的摩擦性能又严重影响着关节置换后的使 用质量与寿命长短。因此研究生物关节替代材料摩擦接触表面的摩擦热的产生对提高关节 置换效率具有重要的作用。我们必须通过大量的实验选取出在受到摩擦热以及各种外界载 荷、以及在关节液中的各种物质的影响下优良的人工关节配副应该具有低摩擦系数、较强 耐磨性并且磨损磨粒生成率很低，同时要耐腐蚀。因此，人工关节摩擦学研究的重点集中 于研究发现磨损率低耐腐蚀的关节摩擦副的配置与组合的设计。具体而言，我们需要开展 以下工作：首先，开展人工关节系统摩擦学设计，我们主要讨论关节试样假体在被固定情 况下的微动摩擦学行为研究。其次：考虑到导致大部分关节置换手术失败的原因是由于组 成关节假体摩擦副材料接触表面的摩擦磨损而导致的磨粒的产生，这些磨损的颗粒溶解在 关节液中会导致植入人体内的置换关节发生无菌松动和骨溶解等现象。因此原有的使用的 金属与金属组成摩擦副的方法需要重新考虑。既然磨损产生的颗粒与磨屑是人工置换关节 失效的主要因素。那么需要进一步研究人工关节材料的磨粒生成过程，尽快的解决这个问 题。

人体关节在人体的身体活动中是重要的连接部分，起着至关重要的作用，当然，关节 接触界面必然会发生相对滑动、微动和扭动等。因此摩擦、磨损和润滑等摩擦学问题就必 须被考虑。人工关节发生磨损时将产生磨屑，而置换关节使用的不锈钢、钛合金、钴合金、 骨水泥和聚乙稀等材料的磨屑被证实能引起‘磨粒病’。髋关节和膝关节植入物材料和它 们的摩擦学性能，以及从假体周围组织同粒子可以用隔离法（体内）和模拟体液（体 外）法进行观察研究[11]。

最初对于物体相对接触表面由于发生相对滑动而产生的相互摩擦还有磨损的有关研 究只是局限在机械等工科研究中，同时研究的还有润滑。后来随着研究的不断深入和研究 范围的不断扩大，就产生了一个新的研究领域，我们称之为生物摩擦学。生物摩擦学主要 是综合运用物理、数学、材料工程学等一些学科来研究和生物系统有关的一系列摩擦学上 的问题。生物摩擦学主要研究的问题都是与人体器官以及部件有关的方面的摩擦学问题， 大体有牙科摩擦学、皮肤摩擦学、人工心脏瓣膜摩擦学以及人工关节摩擦学[12]。生物摩擦 学所研究的摩擦副如果被放置在不同的生物环境之中，它的摩擦磨损腐蚀性能同时就会受 到一些不同的影响，而且由于摩擦磨损而产生的磨损产物同样会对处于的生物摩擦环境造 成一定的反影响[13]。因此在做实验的时候就需要使用生理盐水和小牛血清配制溶液模拟关 节润滑液的作用和效果，实验发现生理盐水的润滑效果没有牛血清作为介质时的润滑效果 好。而在牛血清溶液的浓度不同时，所带来的润滑减磨效果也不同。由此就可以很明显的