图2。1  实验流程图 8

图2。2  实验设备 10

图2。3  打磨好的样品 10

图3。1  接触角示意图 12

图3。2  接触角测试结果 13

图3。3  不同辐照时间下纯PEEK与PEEK-g-AA的红外吸收光谱图 15

图4。1  接枝聚合物水润滑示意图 17

图4。2  接枝聚合物减摩原理示意图 18

图4。3  不同接枝液浓度和辐照时间下处理的材料表面摩擦系数对比 20

图4。4  不同接枝液浓度和辐照时间处理的材料摩擦系数随摩擦滑行时间的趋势 22

表2。1  实验用的PEEK的物理及机械性能参数 8

1  绪论

1。1  引言

从摩擦学的角度来说，人体关节尤其承重关节的工作条件是尤其恶劣，简单地概括来说就是慢速，重压，并且有时候需要承受一定冲击载荷。每当人体关节受到病变，或者受到无法抗拒的阻力使其被破坏后，导致一部分人无法正常地生活。根据全球的医疗器械使用不完全地统计，每年至少有80万的患者需要进行髋关节全部置换的手术，这意味着每年有大量的人工关节被应用于人体的关节置换手术中，其中我国大约有150万左右的患者需要全髋关节置换。为了使这部分人重新获得新生，人工关节置换成为21世纪最炙手可热的临床医学研究课题。目前人工关节置换主要使用的材料有生物医用金属材料、生物无机非金属材料、生物医用高分子材料等。

生物医用金属材料代表有：奥氏体不锈钢、钴基合金、钛及钛合金等。大概在20世纪60年代，人们早期在人体中植入的材料为不锈钢。由于普通的不锈钢易于折断，后来人们使用比不锈钢性能更好的钴基合金。其材料的机械强度，耐磨和耐腐蚀性能均强于不锈钢。随着新材料的研发和试用，人们发现钛及钛合金有更优于不锈钢和钴基合金的力学性能和机械强度。例如Ti-6Al-4V被早期用于人体大腿的植入材料。

生物无机非金属材料代表有：为氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅、氮化硅和羟基磷灰石等。氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷由于其本身优良的化学稳定性、较好的抗折断性和出色的断裂韧性在20世纪七八十年代被早期运用于人体关节的替代材料。羟基磷灰石则由于其力学性能较差，常常被作为材料的表面涂层用以表面改性，使涂层覆盖后材料具有良好的生物相容性，耐磨耐腐蚀的性能。

生物高医用分子材料代表有：聚乙烯，UHMWPE等。相比于普通聚乙烯，UHMWPE由于其非常高的相对分子质量的，使其拥有优良的生物相容性、出色的耐磨耐腐蚀性能、极高的冲击强度、优异的摩擦性能、较低的成本等诸多特点。相比于聚四氟烯（PTFE），由UHMWPE制成的人工髋关节具有更好的耐磨性能和安全性。

随着实验和临床医学的发展，人们发现传统的人工关节在长期使用中会产生大量磨屑，磨屑的组织会引发一系列不利的生物学以及化学反应，引起关节处产生骨吸收和骨溶解，这是导致人工关节无菌松动和晚期失效的主要因素，使得人工关节的使用寿命大大降低。据统计，在使用传统人工关节替换材料进行髋关节置换手术之后，约有20%的患者在10年内出现了关节的无菌松动和失效的问题，而其中约有50%的患者由于疼痛和病变而最终致残。这使得传统人工关节的置换手术无法解决患者的根本问题，并且给病患带来了二次伤痛。而唯一的治疗解决方案便是修复性治疗，使用新型性能优异的人工置换关节材料来替代原有的材料，使其能够满足在人体内的关节性能需要。为了解决这个问题，新型人工置换关节作为可以代替传统人体关节的材料成为人们近年来研究的热点。其中，增强人工关节材料的耐磨损性能、提高人工关节材料的的生物相容性是目前关节替换材料研究的重点和难点，对于人工置换关节的临床医学应用具有重要意义。