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1、国内图书分类号：国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文密级：公开年姓级三委茎旭名：黄捷申请学位级别。王堂亟专业生塑医堂王猩指导老师厘挝堑塾援ClassifiedIndex：UDC：SoutllWestJiaotongUniVers匆MasterDegreeThesisReciprocatingslidingbehaViouranddIugreleaseofalendronatesodium一10adedUHMWPEGrade：2009Candidate：JieHuangAcademicDegreeALppliedfor：MasterSpeciality：BiomedicalEngineer
2、ingSupervisor：ProfShuxinQuMay2012本论文得到以下项目资助国家重点基础研究发展计划(973计划)2012CB933602多级微纳结构生物活性材料促进骨组织快速修复的研究国家自然科学基金重点项目(50535050)人工关节生物摩擦学的关键基础问题研究教育部重点项目(No109137)载药超高分子量聚乙烯的制备及性能研究国家自然科学基金项目(50975239)载药超高分子量聚乙烯的摩擦控释机理研究西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本
3、人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密口，在年解密后适用本授权书；2不保事乒，使用本授权书。一(请在以上方框内打“v”)学位论文作者签名：毒婕日期：如陟铲n指导老师签名：日期：劢让，2，：”一一j。：天学硕士学位论文主要工作(贡献)声明。中所做的主要工作或贡献如下：1村UHMWPEALN与UHMWPE进行摩擦学试验，评价其在不同工况条件下的磨。妃j。，：、阳科舀Lj。，结构变化的角度探讨磨损变化的原因；研究磨损的演变及磨屑的产生，弧。：jj：oj，打析其特征；2对浸泡后的UHMWPEAL
4、N进行材料学性能表征，研究UHMWPE的溶胀及板材，代。拍j一、i矗一、，。对超高分子量聚乙烯部分材料学性能的影响；二一：00薯加了部分试验，研究uHMWPEALN在摩擦过程中的体外药物释放情况，部分试验参数的选择取决于1中的试验结果。jt；弼苗明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文Ij二t巴经注i9j引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本义的研氕做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解镰-=。薯。j。_“一0一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：蓄爨日期：a哪工罗乙西南交通大学硕士研究生学位论文第1页
5、捅要超高分子量聚乙烯(UHMwPE)由于具有良好的耐磨性以及优异的生物相容性，已被作为人工关节组件之一。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最主要原因。本课题组前期将UH脚E作为药物载体，载入防治骨溶解的药物阿仑膦酸钠(ALN)，研制出防治骨溶解的载药UHMWPE(UHMwPEALN)。研究结果显示UHMWPEALN的载药浓度大于1O讯后，力学性能下降较快；UHMWPEALN磨屑的稳定释放率受磨屑尺寸和载药浓度的影响。但是，不同摩擦工况下UH姗EALN的摩擦学行为及其对药物释放影响尚不清楚，UH脚EALN植入体内后将处于体液
6、中，UH脚EALN在液体环境一段时间后材料学性能的变化也不清楚，因此不同摩擦工况对uH脚EALN的摩擦学性能和药物释放的影响，UH脚EALN体外模拟降解研究有待进一步进行。本研究采用溶剂挥发法和热压成型法制备载药浓度1O叭的UHMWPEALN。进行了拉伸测试、小冲杆测试、硬度测试、接触角测量。采用25vv胎牛血清、生理盐水或、去离子水润滑，以氧化锆作为对磨副进行往复式摩擦磨损试验，通过比较UH脚EALN。与UHMWPE在不同工况下的摩擦系数、磨痕体积以及微观形貌评价ALN对UHMWPE摩擦学性能的影响及UHMWPE。ALN在摩擦过程中的变化。对浸泡后的UHMWPEALN进行了硬度、结晶度、力学
7、性能及形貌的表征。最后，在生理盐水、去离子水的润滑条件下，研究UH脚EALN1O吼在摩擦过程中的体外药物释放。结果表明：UHWMPEALN与UHMWPE两种材料的杨氏模量和显微硬度比较，没有显著性差异；而UHMWPEALN的极限拉伸强度与UHMWPE相比降低了156。载入ALN后，有利于增强UHMWPEALN的亲水性，UHMWPEALN的静态和动态摩擦系数增大，并且在润滑的条件下主要受25vv胎牛血清的影响。随着载荷的增加，MWPEALN和UHMWPE的磨损因子也增加，并且可以通过使用25vv胎牛血清作为润滑液来降低磨损，这主要取决于蛋白质的作用。扫描电镜(ScallIlingE1e仃onMi
8、croscope，SEM)观察显示在蒸馏水润滑下，UHMWPE和UHMWPEALN磨痕内出现了许多细小的且平行于滑动方向的犁沟。uHMwPE在生理盐水润滑下，产生的犁沟宽度较大，且比较均匀，SEM下观测到的表面相对较为平整；而UHMWPEALN在生理盐水润滑下，表面较粗糙，有很严重的片状分离现象，表层容易剥落下来。在25v胎牛血清润滑条件下的磨损表面显得较平整，几乎没有划痕。在UH脚E样品的背散射电子图像西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页(backscattedelectronim嚼ng；BSE)图谱中观测到少量平行于滑动方向的犁沟以及许多垂直于滑动方向的波纹状脊；而在UHMWPEALN样
9、品的BSE图谱中则观测到许多更细小的波纹状脊，平行于滑动方向的犁沟则很少。UHMWPEALN和UHMWPE在25vv胎牛血清下的磨损机理为疲劳磨损，而在去离子水下的磨损机理为磨粒磨损。在生理盐水润滑时，UHMWPEALN的主要磨损机理为粘着磨损，uHMwPE的主要磨损机理则为磨粒磨损。磨痕微区X射线衍射的结果表明，UHMWPEALN和UHMWPE的晶面间距偏移量随着载荷的增加非线性的增加。当载荷比较小时，分子变形被限制于非晶区，随着载荷增大，逐渐向晶区进行。磨损的演变试验表明：UHMWPEALN和UHMWPE在去离子水润滑下，磨损量表现为在前期变化速率较快，后期速率减缓，而在25v胎牛血清下5
10、h内，基本上未发现磨损，后期摩擦过程中磨损量才缓慢增加。UH脚EALN在去离子水中的磨损形貌变化最为显著，形成了许多片层剥落，并且随着摩擦时间的增加，磨损加剧，摩擦15h后收集到的磨屑主要为片层状、棒状、长条状；在25vv胎牛血清下表面平整。一浸泡后的UH脚E创，一N熔点下降，但结晶度无显著性变化；表面硬度长时间浸泡。后(270d)有显著性的下降，下降的幅度为67；断裂伸长率长时间浸泡后有显著性的降低，从拉伸断口上看，区别不大；冲击的断裂位移有所下降，断裂所需的能量逐渐增加，这可能与冲击处的药物分布不均有关，能量色散X射线光谱仪(Ene略yDispersiveXRaySpec仃oscopy；E
11、DX)显示断口处存在许多ALN颗粒。UHMWPEALN浸泡后，随着浸泡时间的增长，表面的孔洞越来越多，这与UHMWPEALN表面的药物溶出有关，表面形貌的改变有可能会影响摩擦学性能。在生理盐水中对UHMWPEALN体外释放表明：UHMWPEALN在摩擦控释过程中的累积损失质量，前240h内UHMWPEALN块材保持稳定的速率磨损，随后磨损量增加的速率逐渐变快，最终损失的质量为002559。ALN浓度随摩擦时间变化的曲线可以看出：前80h内，浓度在5咖1以上；80h后至摩擦过程结束，浓度较前80h显著减少，在3“gml左右。从ALN的累积质量的曲线可以观察到曲线斜率较前一阶段略微下降，说明释放出
12、药物的速度下降，最终ALN释放的质量约为1070pg。摩擦控释后的试样表面较平整，犁沟分布均匀，产生的磨屑主要为棒状、长条状和片层状。在去离子水中对UH脚EALN体外释放表明：UHEALN在摩擦控释过程中的累积损失质量，前140h内UH脚EALN块材的累积损失质量逐渐增加，此时累积损失的质量最大，为西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页O00096g；随后由于吸水作用累积磨损量反而逐渐下降，最终损失的质量为0o0008g。在整个摩擦过程中，ALN的浓度基本上维持在12肛gm1之间，每个取液时间段内测得的ALN浓度变化不大；ALN的累积释放质量基本上呈线性增加，最终释放了约418肛g左右。在空
13、白对照组中，浸泡3个月并对润滑液进行浓缩，但浸泡液中均未测定出ALN的浓度，表明其浓度低于酶标仪的最低可测吸光度值。本论文结果显示载药10谢的UH姗EALN在25v胎牛血清下具有与UHMWPE相似的摩擦学性能。降解结果表明，长时间的浸泡会对UHMWPEALN的力学性能及表面形貌产生影响。与无摩擦状态相比，摩擦过程及摩擦工况对UHMWPEALN中ALN的释放有促进作用。关键词：阿仑膦酸钠(ALN)；超高分子量聚乙烯(UHMWPE)；骨溶解；摩擦磨损；磨损颗粒；药物释放；生物降解西南交通大学硕士研究生学位论文第页AbstractUl仃a-hi曲m01ecularwei曲tp01yethylene(
14、UHMWPE)hasbeenusedaSamajorbe撕ngmat嘶alsintotaljointreplacementwithsatisfactowdinicalresultsduetoitssup嘶orwearresistanceandeXcellentbiocompatibilityHoweVer，meweardebrisofUHMTE雄erimplalltationWhichwouldresultinosteolysisandas印tic100seninghasbecomeoneofthemainisSuesthatdeteminethe10ngeVityofanmcialjoint
15、replacementInourpreViousstlldies，UHMWPEwasloadedwithalendronatesodium(ALN)、)l，hichwasantiosteolysisdmgsinclinicPrelimina巧studiesShowedthatthephysicalpropeniesofUHMWPEALNwoulddecreaserapidlywhentheconcen打ationofALNbeyond1O叭，andthedmgreleasedbehaviorinfluencedmainlybythesizeofUHMWPEAUNweardebrisandthe
16、dmgconcen仃ationHoweVer，ithasnotstudiedreciprocatingslidingbehaviouranddmgreleaseofalendronatesodium。10adedUHM陬，PEunderdi伍贸entwearconditions，anditisalsounclearhowthemat耐alpropeniesofUHMWPEALNchallgedaftersoal(edin协e1iquidenvironmenttosimulatedimplanted主11viVoTherefore，itisnecessarytoinvestigatemee仃ectofdif佗rentwearconditionsonthewearpe订Dn】1anceandALNreleaseofUH
