人工關節通過外科手術植入人體內,代替患病關節功能,達到緩解關節疼痛,恢復關節功能的目的。近十年內,人工關節置換術在其成功率已經超過了90%。但隨著人工關節長時間運動摩擦,摩擦界面溫度升高,不利于關節滑液吸附在滑動界面上進行潤滑,這給人工關節帶來了嚴重的摩擦磨損甚至損壞。此外,嚴重磨損產生的碎屑會引起關節發炎,給患者帶來極大的痛苦,甚至使患者完全喪失活動能力。因此,如何改善典型鈦合金人工關節材料長時間摩擦下由于界面溫升導致的潤滑失效具有重要意義。
近期,合肥工業大學機械工程學院徐玉福教授課題組在聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝膠用于關節滑液潤滑方面取得新進展,通過制備粒徑均勻的納米級PNIPAM微凝膠,并將其分散在關節滑液中作潤滑劑。以鈦合金/超高分子量聚乙烯模擬人工關節摩擦副,設計了相關摩擦學試驗,在銷-盤式摩擦試驗機上研究了滑動速度、載荷和溫度等因素對潤滑行為的影響。結果表明,PNIPAM微凝膠可以顯著降低鈦合金材料的摩擦與磨損;并且微凝膠還表現出明顯的溫敏潤滑特性,當摩擦過程中溫度接近微凝膠的低臨界溶液溫度時,微凝膠結構塌陷吸附在滑液蛋白表面,并進一步吸附到摩擦界面上,此時,摩擦副獲得最低的摩擦系數,緩解了人工關節材料由于長時間摩擦升溫導致的潤滑不足問題。
這一發現有助于建立鈦合金人工關節潤滑新策略,為實現人工關節延壽提供了新方法。相關成果以標題為“Temperature-sensitive tribological performance of titanium alloy lubricated with PNIPAM microgels”發表于國際期刊Applied Surface Science上。
合肥工業大學徐玉福教授為該論文的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金的資助。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151392
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