本文選題：人工髖關(guān)節(jié) + 金屬-聚乙烯(MPE)　； 參考：《中國地質(zhì)大學(北京)》2017年碩士論文

【摘要】：人工全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(THA)是最成熟有效的骨科矯形手術(shù)之一,可有效改善關(guān)節(jié)疼痛,提高患者生活質(zhì)量。目前,隨著患者人群的年輕化趨勢,對髖關(guān)節(jié)的壽命提出了新的挑戰(zhàn)。對關(guān)節(jié)摩擦界面摩擦學性能的研究可以從本質(zhì)上了解人工關(guān)節(jié)失效的原因,提出改善措施,從而提高關(guān)節(jié)使用壽命。本文主要通過原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外光譜(FTIR)等分析測試手段,對體內(nèi)翻修取出的三對金屬-聚乙烯(MPE)樣品進行力學性能和化學成分的測定。之后進行了體外模擬實驗想探究附著物形成的過程及表界面因素對其形成過程的影響。實驗研究結(jié)果表明:(1)通過對體內(nèi)取回的3對金屬-聚乙烯樣品進行研究,發(fā)現(xiàn)1號樣品,金屬和聚乙烯對磨的界面上均有吸附物形成;而另外2號和3號樣品,均沒發(fā)現(xiàn)任何吸附現(xiàn)象。為進一步確定吸附物的成分,對吸附物進行了FTIR與XPS測量,發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)結(jié)論不同,附著物的成分不只是變質(zhì)蛋白質(zhì),而是變質(zhì)蛋白質(zhì)與聚乙烯顆粒的混合物。而AFM測得附著物表面黏附力分布在兩個不同的區(qū)間,則進一步證實了上述結(jié)論。(2)通過體外模擬實驗,發(fā)現(xiàn)在靜態(tài)吸附實驗時,有明顯的蛋白質(zhì)分子的吸附現(xiàn)象;但是在用原子力顯微鏡進行動態(tài)吸附試驗時,并未發(fā)現(xiàn)很明顯的吸附現(xiàn)象。究其原因,可能是因為在進行動態(tài)吸附試驗時,原子力顯微鏡的探針針尖比較尖,導致活動過程中有部分蛋白質(zhì)分子會吸附在探針尖端上,也有可能是蛋白質(zhì)分子已經(jīng)吸附在鈷鉻鉬合金表面,在進行形貌測量時,針尖將已經(jīng)吸附上的蛋白質(zhì)分子劃下來,導致出現(xiàn)蛋白質(zhì)分子沒有發(fā)生吸附的假象。但總而言之,體外形成的吸附膜與基底之間的結(jié)合力并不如體內(nèi)形成的牢固。(3)通過納米壓痕儀對三個球頭于聚乙烯髖臼杯表面進行硬度與楊氏模量以及成分的測量,發(fā)現(xiàn)三個球頭的基本屬性并無明顯區(qū)別,而1號髖臼杯特性與其他兩個明顯不同,因此推測髖臼杯的特性不同可能會導致體內(nèi)的潤滑機制存在差異,進而影響吸附物的形成。通過分析得出,如果髖臼杯硬度較小且表面有一些微織構(gòu)則有利于使摩擦界面保持在彈流潤滑狀態(tài);反之,如果髖臼杯硬度較大且表面光滑,則容易使摩擦界面進入邊界潤滑狀態(tài),造成摩擦生物膜的形成。
[Abstract]:Total hip replacement (THA) is one of the most mature and effective orthopedic surgery, which can effectively improve the pain of joint and improve the quality of life of patients. At present, with the younger trend of patients, the life span of hip joint presents a new challenge. The study on the tribological properties of the joint friction interface can essentially understand the causes of the failure of the artificial joint and put forward some measures to improve the service life of the joint. In this paper, the mechanical properties and chemical composition of three pairs of metal-polyethylene MPEG samples were determined by means of atomic force microscope (AFM) X-ray diffractometer (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and so on. Then in vitro simulation experiments were carried out to explore the process of attachment formation and the influence of surface interface factors on the formation process. The experimental results show that through the study of three pairs of metal-polyethylene samples taken from the body, it is found that the adsorbents are formed on the interface between metal and polyethylene on the grinding interface of sample No. 1, and on the other two and three samples. No adsorption was found. In order to further determine the composition of the adsorbents, FTIR and XPS measurements of the adsorbents were carried out. It was found that, unlike the traditional conclusions, the components of the adsorbents were not only the modified proteins, but the mixture of the modified proteins and the polyethylene particles. However, AFM measurements showed that the adhesion force on the surface of the attachment was distributed in two different regions, which further confirmed the above conclusion. (2) through the in vitro simulation experiment, it was found that there was an obvious adsorption phenomenon of protein molecules in the static adsorption experiment. However, no obvious adsorption phenomenon was found in the dynamic adsorption test by atomic force microscope. The reason for this may be that during the dynamic adsorption experiment, the tip of the probe tip of the atomic force microscope is relatively sharp, leading to some protein molecules adsorbing on the tip of the probe during the process of activity. It is also possible that the protein molecules have been adsorbed on the surface of cobalt-chromium-molybdenum alloy. When the surface morphology is measured, the protein molecules that have been adsorbed on the tip of the needle are cut off, resulting in the false appearance that the protein molecules have not been adsorbed. But in a word, the adhesion between the adsorbed membrane and the substrate formed in vitro was not as firm as in vivo.) the hardness and Young's modulus and composition of the three ball heads on the surface of the acetabular cup of polyethylene were measured by nano-indentation instrument. It was found that there was no obvious difference in the basic properties of the three ball heads, but the characteristics of the No. 1 acetabular cup were obviously different from those of the other two. Therefore, it was speculated that the different characteristics of the acetabular cup might lead to the difference of the lubrication mechanism in vivo, and then affect the formation of the adsorbent. The results show that if the acetabular cup has a small hardness and some microtexture on the surface, the friction interface will be kept in an elastohydrodynamic state, whereas if the acetabular cup has a high hardness and a smooth surface, The friction interface is easy to enter the boundary lubrication state, resulting in the formation of friction biofilm.
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R687.4;R318.1

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本文編號：1996966