体内摩擦自润滑材料研究
编号:337 稿件编号:308 访问权限:仅限参会人 更新:2022-10-10 16:41:20 浏览:364次 特邀报告

报告开始:2023年04月23日 08:00 (Asia/Shanghai)

报告时间:20min

所在会议:[F] 生物材料表面工程论坛 [F1] 上午场

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摘要
  人工椎间盘、人工关节等体内运动部件需要在体内长时间服役(10年以上), 服役过程中头—臼结构相对摩擦运动可达数千万次,摩擦导致的磨损不仅仅会使头—臼结构尺寸发生改变,最主要的危害是磨损过程中会产生各种磨屑,导致炎症反应及假体失效。为了降低材料体内磨损,研究者开发了多种生物相容性好、耐磨损的生物材料。本文在前期研究基础上,考虑到体内运动部件要在体液环境中服役,而蛋白质是体液中含量最多的大分子,提出利用材料物理化学性质催化蛋白质在摩擦界面形成润滑层,保护摩擦界面以及润滑减磨的作用,延长运动部件的寿命。
  本研究首先探讨了不同金属离子与蛋白质之间的相互作用,筛选出了具有较强催化能力的金属离子,在此基础上,制备了一系列金属掺杂的无机陶瓷薄膜,如类金刚石薄膜(Ag-DLC与Cu-DLC)以及氮化钛薄膜(Cu-TiN),用于体内运动部件的表面改性。研究结果发现,金属掺杂可以改变陶瓷薄膜表面的物理化学性质(亲疏水性,粗糙度,荷电性等),促进蛋白质在薄膜表面的吸附。摩擦过程中,从薄膜中释放的Me+离子会促进蛋白质结构变性,诱导蛋白质分子的沉降,最终在摩擦界面形成一层由变性蛋白质组成的生物润滑膜;在金属离子的催化作用及长时间的磨损过程中,这层生物蛋白膜可进一步转变为类石墨碳润滑层。这些由金属离子催化蛋白质形成的润滑层覆盖在摩擦界面,可以有效提高体内运动部件的润滑性能与耐磨损性能。另外,生物学实验也证实了金属掺杂的陶瓷薄膜,如Cu-TiN,具有良好的生物相容性,其磨屑(≤100 μg/mL)无生物毒性,符合生物器械使用标准。
  更进一步地,我们制备了金属掺杂的氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料(Fe-ZTA与Cu-ZTA)。研究结果证明,金属掺杂可以促进蛋白质在陶瓷材料摩擦界面的吸附与变性,诱导生物蛋白膜及类石墨碳润滑层的产生,起到润滑减磨的效果。且生物学实验证明,金属掺杂的陶瓷材料具有良好的生物相容性,其磨屑(Cu-ZTA:<50 μg/mL;Fe-ZTA:≤200 μg/mL)无生物毒性。
  本研究基于金属离子对蛋白质的催化作用,制备了一系列具有体内摩擦自润滑性能的陶瓷材料,可为体内运动部件的设计及应用提供指导。
 
关键字
金属离子;蛋白吸附变性;润滑层;生物相容性
报告人
冷永祥
教授 西南交通大学

稿件作者
冷永祥 西南交通大学
经佩佩 西南交通大学
李颖欣 西南交通大学
苏奕衡 西南交通大学
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