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人工関節材料のトライボ特性に及ぼす生体環境因子及び力学因子の影響の統一的評価

生物环境因素和力学因素对人工关节材料摩擦性能影响的统一评价

基本信息

批准号：
09750170
负责人：
澤江義則
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は人工関節材料のトライボ特性に影響を及ぼす力学因子として,接触面圧と共に材料表面に生じる滑り運動の方向性に着目し,これらの影響を評価することが可能な摩擦・摩耗試験機の製作,及びその試験機を用いた力学因子の影響の実験的評価を行った.試作したピン・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験機では,ディスク試験片を取り付けた液漕の両端をリニアガイドで保持し,液漕基部に設けたクランク機構によってこれを駆動することにより,ディスク試験片が負荷アームに固定されたUHMWPEピン試験片を中心とした公転運動を行う.これによりピン/ディスク間に生じる滑り運動の方向を,UHMWPEビン表面に対して連続的に変化させることが可能である.制作した試験機により得られたUHMWPEピンの比摩耗量は,接触面圧5MPaにおいて2.0×10^<-7>mm^3/Nmとなり,従来の一方向滑り摩耗試験での結果(10^<-8>mm^3/Nm程度)と比較し,より生体内で観察される値(10^<-6>mm^3/Nm)に近いものとなった.またAFMによるUHMWPE摩耗表面の微視的構造観察では,一方向滑り試験後に見られる方向性を持った摩耗パターンに変わり,フィブリル上の形態が認められた.これらの結果は滑り運動の多方向性という力学因子が,生体内におけるUHMWPEの摩耗機構に対し大きな影響を持つことを示すものと思われる.また,蒸留水を潤滑液とした場合と比較し,牛血清を潤滑液とすることにより,UHMWPEの摩耗が増加することが定量的に確認された.実験後のUHMWPE表面のXPS分析の結果から,血清中の蛋白に起因すると思われる窒素及び硫黄がポリエチレン表面に取り込まれ,同時に酸素含有量が増加していることが確認されたことから,蛋白質等の生体環境因子とポリエチレン分子間に相互作用が存在し,結果として酸化が促進され,物性の低下と摩耗の増加を招いたものと考察される.

This year, the influence of mechanical factors on the properties of artificial joint materials and the directionality of sliding motion on the surface of the contact surface were evaluated. The test piece is located at the bottom of the liquid tank, and the test piece is fixed at the center of the liquid tank. The movement direction of UHMWPE surface is different from that of UHMWPE surface. The specific friction loss of UHMWPE was obtained during the fabrication of the test machine, and the contact surface pressure was 2.0×10^<-7>mm^3/Nm. The results of the one-way sliding friction test (about 10^ mm^3<-8>/Nm) were compared with those of the in-vivo observation (10 ^mm^3/<-6>Nm). The Weishi app of UHMWPE friction surface was observed by AFM. After a directional sliding test, the directivity of UHMWPE friction surface was observed. The morphology of UHMWPE friction surface was identified. The results show that the multi-directionality of sliding motion and mechanical factors have a significant impact on the wear mechanism of UHMWPE in vivo. In comparison with distilled water lubricants, bovine serum lubricants increase the wear of UHMWPE quantitatively. The XPS analysis of UHMWPE surface confirmed that the protein content in serum was increased due to the increase of protein content and sulfur content, and the molecular interaction of protein and other biological environmental factors existed. The results showed that acidification was promoted, and the physical properties were reduced and the friction consumption was increased.