滑液组分对“软-软”配副关节材料摩擦学行为的影响

作     者：岑佳佳 张德坤 陈琴 张欣悦 冯存傲 冯海燕 陈凯 CEN Jiajia;ZHANG Dekun;CHEN Qin;ZHANG Xinyue;FENG Cunao;FENG Haiyan;CHEN Kai

作者机构：中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 中国矿业大学化工学院徐州221116 

出 版 物：《清华大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tsinghua University(Science and Technology))

年 卷 期：2024年第64卷第3期

页      面：454-470页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0836[工学-生物工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室开放基金项目(SKLTKF21B15) 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放基金项目(LSL-2107) 

主　　题：复合滑液 蛋白质 透明质酸 脂质体 摩擦磨损 

摘      要：人体内关节滑液中各成分浓度的变化对人工关节滑动配副的摩擦学行为具有重要影响。该文基于人工关节置换后关节滑液的各组分浓度,以聚醚醚酮(polyether-ether-ketone,PEEK)和高交联聚乙烯(highly crosslinked polyethylene,XLPE)组成的“软-软关节配副为研究对象,体外配制不同浓度的白蛋白(albumin,Alb)、γ-球蛋白(γ-globulin,γ-Glo)、透明质酸(hyaluronic acid,HA)和脂质体(phospholipids,PLs)等人体关节滑液主要成分的复合滑液,研究了不同成分复合滑液润滑条件下PEEK-XLPE关节配副的摩擦磨损行为,探明了滑液组分和浓度对“软-软关节配副摩擦磨损的影响机制,揭示了“软-软关节配副在不同成分复合滑液润滑作用下的磨损机理。结果表明:复合滑液中的4种主要成分均对“软-软配副人工关节材料的摩擦磨损性能有较大影响,其中γ-Glo浓度对摩擦系数(coefficient of friction,COF)影响较大,当γ-Glo浓度由5.83mg/mL增加至8.75mg/mL时,摩擦系数增加了29.4%;总蛋白质浓度对磨损率影响较大,由15mg/mL Alb+3.75mg/mL γ-Glo增加至35mg/mL Alb+8.75mg/mL γ-Glo时,磨损率增加了166.0%。当复合滑液中γ-Glo或总蛋白质浓度过高时,蛋白质在摩擦表面发生不良黏附,使“软-软配副关节材料的磨损加剧。此外,蛋白质混合液中同时加入HA和PLs,能促进Alb吸附而抑制γ-Glo吸附。