超高分子量聚乙烯表面仿生多孔结构的制备及其摩擦学性能研究(7)
图 5 聚合物分子刷的合成方式:
(a) 大单体聚合法; (b)从主链接枝法; (c) 接枝到主链法
大单体聚合法是指首先合成含有相应聚合物的可聚合单体,而后进行相应的聚合反应,直接合成目标聚合物分子刷。从主链接枝法是指首先合成具有引发活性中心的聚合物主链,然后通过主链上的活性中心来引发第二种单体进行聚合,以制备相应的聚合物分子刷。。而接枝到主链法是指首先合成具有反应性官能团的聚合物主链及侧链,通过两官能团之间的化学反应,将聚合物侧链引入到聚合物主链上。
1.3 多孔材料
1.3.1 UHMWPE多孔材料
UHMWPE微孔材料是指以UHMWPE为有机基体，成型过程中在UHMWPE基体上产生大量厚度方向的微观连通孔洞，从而可以满足各种处理过程需要的材料。这是一种非常重要的新型功能性材料天然关节软骨具有“多孔可渗透软垫层”的特征，在充分吸收润滑液后，天然关节软骨具有“软骨泵”的润滑机理，即受压时润滑液从组织中流出润滑关节接触面；当压力除去后，组织吸收并存储润滑液[31]。“多孔渗透”和“梯度功能”作为天然关节软骨仿生模型中两个重要仿生特征[32]。一方面，多孔结构能提供软骨表面以良好的润滑，极大降低天然软骨的磨损量[33]；另一方面，关节软骨材料是一种具有梯度结构的功能材料，不同的结构赋予其独特的功能：多孔表层强度较低，但能吸收释放关节滑液，起到减磨作用；中间层具有一定的强韧性，能承受冲击和吸收震荡；底层发生钙化，能与人体骨形成牢固的生物链接。这种多层结构优化了关节软骨整体生物力学性质[34]。由于UHMWPE本身的强疏水性使其润滑性能较差，磨损较为严重；UHMWPE结构简单，即没有表层的软骨仿生结构，摩擦副为硬硬接触。因此，我们在继续进行传统设计的同时，适当转变设计思路，对人工软骨进行仿生设计，模拟天然软骨的结构及性能，设计出具有更好性能的人工关节材料[35-38]。如果能够模拟这种多孔可渗透结构，如图 6 就可以提供类似于天然关节软骨摩擦表面之间的液膜润滑状态，改善现有人工关节的干摩擦状态，提高人工关节的耐磨性和使用寿命