偶看新闻沪昆高速经过哪些城市:Science最新研究发现金对金髋关节置换中的摩擦层为石墨碳结构
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/28 22:07:19
Science最新研究发现金对金髋关节置换中的摩擦层为石墨碳结构
随着现代外科技术及假体设计的不断发展，髋关节置换术（HA）已经成为治疗终末期髋关节疾病最为有效方法。相比传统金属对聚乙烯HA假体，金属对金属假体（Metal-on-metal，MOM）以其低磨损，低脱位等优势吸引着众多的关节外科医生的眼球。众所周知，在MOM设计中，反应性蛋白质在金属摩擦层中起关键作用，但对摩擦层更多物质基础的认识仍然很少。为此，来自美国和德国的多位科学家组成了一个联合研究小组，针对MOM摩擦层的物质结构组成进行一项实验研究，并于近日在Science杂志公布了其研究报告。该研究结果证实，回收自患者的MOM-HA假体金属摩擦层中含有石墨颗粒，这将有助于解释MOM假体低磨损的原因。可以预期，石墨碳层的作用以及对机体的影响将成为今后一定时期内材料工程学和骨科基础医学的一个研究热点。
该研究从纳米水平对金属摩擦层的结构基础进行了微观研究，应用聚焦离子束(FIB)将金属颗粒观察标本分离的更薄，通过透射电子显微镜(TEM)进行观察，电子能量损失学谱学(EELS)观察可见石墨碳印迹；高分辨率电子显微镜(HREM)成像观察也得出类似的结果。但作者在文章中指出，由于电子束可能会改变组织材料的性质，因此基于上面的观察结果并不能完全证实石墨碳粒子的存在。这除了要考虑标本的制备方法，还需要排除人为技术因素的影响。因此，该研究在双束扫描电子显微镜/FIB系统内部加入了纳米操纵器用以从标本中刮取摩擦层（下图所示）。另外，作者还设立两个对照标本：（1）在干燥小牛血清中，以同样的方式应用FIB刮取钴铬钼合金制成的底物，（2）铜载网或硅薄膜上单独的干燥小牛血清。
（A）在FIB中应用钨探针刮取摩擦层（黑色区域）。（B）将分离薄膜粘附到铜TEM网上。
电镜观察结果显示，试验标本及对照标本均可观察到低氧信号，一些区域还可见到钙信号（这被认为来自于骨质）。摩擦层标本中未观察到任何氮元素存在，然而，小牛血却表现出强烈的氮元素峰值。EELS观察显示，铜网上小牛血的C:N:O 克分子比率为1:0.17:0.46。摩擦层的C:O克分子比率为1:0.07。为了进一步证实摩擦层的观察结果，作者还应用了拉曼分光镜技术，观察结果表明，在回收假体的不同位置获得的标本中，均可见到石墨摩擦层的存在。
摩擦层的HREM图像。
基于试验观察结果，作者认为，摩擦层所含的石墨粒子一定程度上与石墨碳相似。尽管尚不能排除其中含有蛋白杂质，但氮元素肯定是很低的。这一研究发现的临床意义在于，石墨碳层作为一种坚硬的润滑剂可以很好地降低假体负重面间的摩擦，减小假体腐蚀和磨损，在进行假体设计时，可通过改变合金材料的组成以改善石墨碳层的粘附性，进而减少假体的摩擦，磨损和腐蚀。但作者同时指出，该石墨碳层在滑液中所形成的石墨粒子可能会进入周围组织的细胞中，因此之前研究报道的关于MOM假体不良反应是否存在石墨碳层方面的因素，尚需要做进一步研究。
Graphitic Tribological Layers in Metal-on-Metal Hip Replacements