Page 226 - 《摩擦学学报》2021年第6期

第 6 期 杨抒, 等: 国内全髋关节置换磨损测试及数值模拟研究进展 1011

表 2 不同润滑介质的体外磨损测试结果
Table 2 In-vitro wear test results under different lubricating media

Testing
3
Material Size Test Standard Hip Simulator Lubricant results/(mm / Data source Notes
MC)
Sodium hyaluronate was used
Compound
28 mm head 4.3±0.1 as matrix and γ globulin
lubricant A
was added.
Sodium hyaluronate was used
Load is 4.5 kN
CoCrMo- Simulator developed Compound as matrix. γ globulin and
28 mm head and motion range 4.6±0.1 SHU [38]
UHMWPE by SHU lubricant B sodium alendronate were
is 0~70°
added.
28 mm head Sodium hyaluronate 4.8±0.1
28 mm head 25 g/L calf serum 5.1±0.1
28 mm head Deionized water 6.5±0.1
Motion per ISO 16.3 (392 N)
Distilled water
Ceramic- 14242-3 and 34.0 (784 N) [46]
25 mm head CUMT II CUMT
UHMWPE loads are 392 20.0 (392 N)
Blood serum
and 784 N 43.4 (784 N)
[46]
损率. 中国矿业大学黄传辉 研究了蒸馏水和血浆润 其中提到酶消化法、碱消化法和酸消化法来分离金
滑条件下的磨损率，发现血浆润滑条件下的磨损因数 属、陶瓷和聚乙烯磨屑，但实际效果并不理想. 此外，
[75]
[62]
[74]
更接近临床观测值，这与熊党生等 的研究结果相 贾庆卫等 和贾玉梅等 分别采用梯度离心和超声辅
似，因此采用人血浆作为润滑介质的试验更接近实际 助法提取溶液中的磨屑. 但这些方法只有在特定的适
润滑情况. 但是由于成本和可行性等方面的考虑，新 用范围内才能保持较高的可信度 [65, 75] ，且不同国际标
[42]
生小牛血清是目前更为合适的关节生理滑液替代品 ， 准组织(BSI、ASTM、ISO)给出的磨屑提取和建议存在
国内大多数的测试也都采用小牛血清作为润滑剂. 河 相互矛盾的地方，目前还未有对于特定材料磨屑提取
[76]
[63]
南大学的王莹莹等 研究发现基于石墨烯仿生关节 的金标准 ，因此对于磨屑有效提取方法可能需要进
滑液的生物相容性高且具有减摩抗磨性能，因此仿生 一步深入的研究.
滑液的开发与研究可能是解决人工关节润滑不充分 相较国外，国内缺乏大样本结果的对比和分析，
的未来研究方向. 此外，磨屑不仅包含大量的磨损信息， 很多影响髋关节磨损的因素目前还没有1个清楚的机
其生物学反应也对假体的植入效果有很大的影响 [64-65] . 理解释，而在目前的条件下受限于成本和各种问题，
体内UHMWPE磨粒尺寸集中在0.1~0.5 μm，而体外试 通过模拟机开展大量试验对这些因素进行研究无法
验的磨粒尺寸集中在0.1~1 μm之间，这说明假体在体 深入开展，因此，磨损数值预测的方法正在逐步被国
[3]
内环境中更易生成亚微米级微粒 . 中国矿业大学及 内学者用于髋关节假体的磨损评估.

武汉理工大学对磨粒特征及分型表征进行了大量的
4 国内髋关节假体磨损数值预测
[66]
研究，Yuan等 利用原子力显微镜和计算机辅助图像
分析技术获取并计算磨粒三维表面形貌及特征参数， 由于髋关节体外磨损测试流程复杂，而且成本和
吴竞萍等 [67-68] 通过主成分分析及聚类的方法对磨屑进 时间花费都很高，这包括模拟机和相关测量设备价格
[69]
[71]
[70]
行了分类，葛世荣等 、Liu等 和张岚峰等 采用雷 昂贵、测试样品造价不菲以及依据ISO标准的1个完整
达图及分形维数对磨粒轮廓进行了分形表征. 这些研 磨损测试周期一般需要4~6个月等，因此通过数值计
究有助于磨粒的定量分析与自动识别，推动了磨损机 算模型对假体的耐磨性能进行预测，就成为评估人工
[72]
理的研究 . 由于亚微米级别的磨屑极易团聚，且易 髋关节产品磨损性能的重要替代手段.
被小牛血清等润滑介质中含有蛋白质大分子包裹，因 磨损数值预测方法的理论依据是1956年Archard
此从组织润滑液中分离、提取出不含蛋白质的磨屑并 提出来的磨损定律，即认为磨损量与载荷和滑移距离
进行分析是复杂且困难的. 目前我国医药行业颁布了等同 成正比. 随着对UHMWPE磨损机理的了解，学者们发
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引用国际标准(ISO 17 853-2011)的YY/T 0652-2016 ， 现UHMWPE材料的磨损对于压力的敏感性较低，不