【摘要】：人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是治療關(guān)節(jié)疾病最直接有效的方式。其中,金屬對(duì)金屬人工關(guān)節(jié)由于具有良好的耐磨性,以及允許使用大尺寸股骨頭的特殊優(yōu)勢(shì),非常適合年輕患者和活動(dòng)量較大的患者。但是,金屬對(duì)金屬人工關(guān)節(jié)在服役過(guò)程中產(chǎn)生的磨屑和金屬離子會(huì)引起骨溶解和無(wú)菌性松動(dòng),大大降低關(guān)節(jié)的使用壽命。因此,大量研究致力于降低金屬對(duì)金屬人工關(guān)節(jié)的磨損和毒性。類(lèi)金剛石薄膜是一種具有高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性的新型材料,將其運(yùn)用到金屬對(duì)金屬人工關(guān)節(jié)的表面改性,可以有效降低人工關(guān)節(jié)的磨損。由于類(lèi)金剛石薄膜是一系列的無(wú)定型碳膜,不同的制備方法和工藝參數(shù)對(duì)其成分、結(jié)構(gòu)都會(huì)有很大的影響,進(jìn)而影響其生物相容性。因此,本文設(shè)計(jì)了不同的工藝參數(shù),制備了不同成分和結(jié)構(gòu)的類(lèi)金剛石薄膜,并探究了這些成分和結(jié)構(gòu)不同的類(lèi)金剛石薄膜的生物相容性的區(qū)別,推進(jìn)類(lèi)金剛石薄膜在臨床上的應(yīng)用。類(lèi)金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)和物理性能利用拉曼光譜、接觸角測(cè)試和原子力顯微鏡(AFM)表征。利用四探針電阻儀及霍爾效應(yīng)檢測(cè)薄膜的電學(xué)性質(zhì)。蛋白吸附試驗(yàn)采用了白蛋白和胎牛血清蛋白兩種,評(píng)價(jià)薄膜對(duì)蛋白質(zhì)的吸附能力。利用巨噬細(xì)胞評(píng)價(jià)炎癥反應(yīng),并評(píng)價(jià)了類(lèi)金剛石薄膜對(duì)成骨細(xì)胞粘附和生長(zhǎng)的影響。探討了類(lèi)金剛石薄膜結(jié)構(gòu)和成分的變化對(duì)性能的影響,研究了類(lèi)金剛石薄膜表面物理化學(xué)性質(zhì)及電學(xué)性質(zhì)與生物相容性的關(guān)系。結(jié)果表明,類(lèi)金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)和成分(氫)對(duì)其親水性、表面能和電學(xué)性質(zhì)都有明顯影響,進(jìn)而影響了表面培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞和成骨細(xì)胞的行為。本文中利用磁過(guò)濾陰極真空電弧(FCVA)方法沉積的不含氫類(lèi)金剛石薄膜(a-C)非常疏水,其表面能較等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法沉積的含氫類(lèi)金剛石薄膜(a-C：H)稍低,因此,a-C薄膜表面粘附的成骨細(xì)胞較a-C：H薄膜表面粘附的成骨細(xì)胞少。但是,a-C薄膜SP2鍵含量較高,為N型半導(dǎo)體,薄膜內(nèi)部含有較多自由電子,這些自由電子有利于a-C薄膜共價(jià)結(jié)合蛋白質(zhì),因此a-C薄膜表面蛋白吸附量較a-C：H薄膜表面吸附的蛋白質(zhì)多,且a-C薄膜表面蛋白質(zhì)的構(gòu)型和活性得以保持。因此,a-C薄膜表面成骨細(xì)胞后期生長(zhǎng)活性好,且引起的巨噬細(xì)胞激活程度低。通過(guò)控制FCVA方法的沉積偏壓,制備結(jié)構(gòu)不同的不含氫類(lèi)金剛石薄膜。脈沖偏壓制備的類(lèi)金剛石薄膜SP2鍵含量較高,表面能較高,而直流制備的類(lèi)金剛石薄膜SP3鍵含量較高,表面能相對(duì)較低。成骨細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示,表面能高的脈沖偏壓制備的a-C薄膜表面成骨細(xì)胞粘附較多,且由于脈沖偏壓制備的類(lèi)金剛石薄膜表面蛋白粘附更均勻,有利于成骨細(xì)胞故增殖,因此其表面成骨細(xì)胞活性較直流制備的薄膜表面成骨細(xì)胞活性高。為進(jìn)一步研究氫對(duì)類(lèi)金剛石薄膜生物相容性的影響,對(duì)不含氫類(lèi)金剛石薄膜進(jìn)行氫等離子體處理。氫的引入增加了不含氫類(lèi)金剛石薄膜中SP3鍵含量,表面能降低,不利于成骨細(xì)胞粘附,也使成骨細(xì)胞的活性變差。綜合研究表明,SP3鍵含量高的類(lèi)金剛石薄膜生物相容性較SP3鍵含量低的類(lèi)金剛石薄膜生物相容性差。類(lèi)金剛石薄膜中的氫會(huì)增加薄膜中SP3鍵的含量,氫的引入不利于成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)。
【圖文】：

，。逡逑人工關(guān)節(jié)是模擬人體關(guān)節(jié)制成的代替病變或損傷的關(guān)節(jié)并恢復(fù)其功能的植入性假逡逑體，包括髓、膝、肩、肘、腕、踩等關(guān)節(jié)Ｗ。由于髓關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)承重和摩擦最大，最逡逑容易受到損傷，所Ｗ關(guān)節(jié)置換一般＾＞１髓關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)最常見(jiàn)。逡逑英國(guó)國(guó)家關(guān)節(jié)登記處的數(shù)據(jù)顯示，２００８年英格蘭和威爾±置換人工髓關(guān)節(jié)和人工逡逑膝關(guān)節(jié)共１０９８２５例，２００９年共１１４４９７例，２０１０年為１６６０００例，到２０１４年達(dá)到了邋２０２５０６逡逑例，，人工關(guān)節(jié)置換數(shù)量逐年增加Ｗ１。美國(guó)作為全世界人工關(guān)節(jié)使用量最大的國(guó)家，２００４逡逑年首次人工髓關(guān)節(jié)置換２３２８５７套，首次人工膝關(guān)節(jié)置換２３２８５７套，２０１０年人工髓關(guān)逡逑節(jié)的使用量達(dá)到了邋３３２０００套Ｗ。據(jù)預(yù)計(jì)，到２０３０年，美國(guó)首次人工髓關(guān)節(jié)置換將增長(zhǎng)逡逑至５７２０００套，人工膝關(guān)節(jié)需求量將達(dá)到３４０００００＾。從這些數(shù)據(jù)可１＾看出，人工關(guān)節(jié)逡逑的使用量非常巨大，并且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。逡逑１．１人工髓關(guān)節(jié)逡逑

類(lèi)金剛石（ＤＬＣ）薄膜是一系列亞穩(wěn)態(tài)的無(wú)定型碳膜，具有硬度高，摩擦系數(shù)低逡逑和呈化學(xué)惰性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)等方面。逡逑碳原子之間的結(jié)合有ＳＰ３、ＳＰ２和ＳｐｉＨ種雜化方式（圖１－２）。ＳＰ３雜化是指碳原逡逑子的四個(gè)價(jià)電子分別分配到四面體方向的ＳＰ３軌道，形成一個(gè)很強(qiáng)的（７鍵。ＳＰ２雜化則逡逑是指四個(gè)價(jià)電子中的Ｈ個(gè)參與平面Ｈ角形方向的ＳＰ２軌道，在一個(gè)平面上形成ＣＩ鍵，剩逡逑余的一個(gè)價(jià)電子在與ＣＴ鍵同一平面的Ｐ７１軌道。Ｓｐｉ是碳原子中兩個(gè)價(jià)電子形成沿著±ｘ逡逑軸方向的0鍵，另外兩個(gè)價(jià)電子分別進(jìn)入沿ｙ和Ｚ方向的Ｐｔｉ軌道。逡逑Ｓｐ３邐Ｓｐ２邐ｓｐ１逡逑圖１－２邋ＳＰ３、ＳＰ２和ＳｐｉＨ種雜化示意圖口６］逡逑金剛石中碳原子全部Ｗ強(qiáng)的ＳＰ３雜化方式結(jié)合，所Ｗ金剛石具有最高的原子密度，逡逑最大的模量，最小的熱變形系數(shù)，Ｗ及寬禁帶。石墨中碳原子全部Ｗ邋ＳＰ２雜化方式結(jié)逡逑合，形成層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間范德瓦耳斯力結(jié)合。每一層石墨都是零禁帶寬度的逡逑半導(dǎo)體。ＤＬＣ中碳原子結(jié)合方式既有金剛石的ＳＰ３雜化，也有石墨的ＳＰ２雜化，因此，逡逑ＤＬＣ薄膜的性能介于金剛石和石墨。ＤＬＣ薄膜中的ＳＰ３雜化使ＤＬＣ具有很多與金剛逡逑石類(lèi)似的性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R687;R318.08

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 華子愷;人工關(guān)節(jié)潤(rùn)滑技術(shù)與摩擦學(xué)測(cè)試研究[D];上海大學(xué);2011年

2 林修洲;鈦合金扭動(dòng)微動(dòng)腐蝕行為研究[D];西南交通大學(xué);2010年

3 謝東;超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D];西南交通大學(xué);2011年

4 王勇;鈦合金表面激光合成與熔覆稀土生物陶瓷復(fù)合涂層的研究[D];重慶大學(xué);2002年

5 季金茍;微波等離子體燒結(jié)多孔β-TCP/HA生物活性陶瓷的研究[D];四川大學(xué);2004年

6 孫璐薇;微波燒結(jié)含CO_3～（2-）的多孔β-TCP/HA雙相生物陶瓷材料及其性能的研究[D];四川大學(xué);2004年

7 黃傳輝;人工髖關(guān)節(jié)的磨損行為及磨粒形態(tài)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;2004年

8 向其軍;氟金云母/氟磷灰石玻璃陶瓷的制備及性能研究[D];中南大學(xué);2007年

9 羅勇;鈦金屬陶瓷制備及其生物摩擦學(xué)性能研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2008年

10 王根林;可降解多孔型絲素蛋白/羥基磷灰石的制備及其修復(fù)骨缺損的實(shí)驗(yàn)研究[D];蘇州大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2526774