D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.06.017 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 La,一DPPC磷脂对人工滑液润滑性能的影响 王丽”高瑾》李久青”娄思权) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京大学医学部，北京100083 摘要利用振子式摩擦仪测定了加入磷脂前后人工润滑体系（透明质酸）摩擦系数和Stribeck 曲线的变化.实验表明，La-DPPC磷脂加人后，体系的摩擦系数显著降低，且由Stribeck曲线可 以判断出体系的润滑机制由混合润滑转变为液膜润滑和混合润滑的多模式润滑，推测Lα一 DPPC磷脂的加人可能改变体系的界面性质.采用表面张力仪测试了加入La-DPPC磷脂前后 透明质酸润滑体系的表面张力变化，并对La-DPPC磷脂进行了红外分析.结果表明La-DPPC 磷脂具有两亲性质，在润滑剂中起到了一种表面活性剂的作用，使体系的表面张力大大降低， 这有利于改善体系的成膜性能，提高其润滑效果. 关键词La-DPPC磷脂；表面张力；润滑性能；人工滑液 分类号0632.21 关节病是一种带给患者巨大痛苦的常见病 1实验 和多发病，尤其是在老年人中发病率高达85%. 一般的关节病患者采取烤电或药物治疗，但对 1.1润滑剂体系 于重型关节病此类治疗却不能再起作用，此时 实验采用的试剂是用商品等级的透明质酸 最有效的方式便是进行PVA-H软垫支撑型人 (相对分子质量为1×10-2×10%)以0.9%的生理盐 工关节假体置换手术".用人工滑液对人工软骨 水配制，再向其中添加La-DPPC磷脂配制成复 进行润滑，是减少关节假体摩擦磨损、延长其使 合人工滑液.透明质酸浓度为1.0gdL,La- 用寿命的重要措施2，当今学术界研究最为成 DPPC磷脂为0.15gdL 熟的是以透明质酸(HA)作为人工润滑液.HA具 其中，透明质酸试剂由山东福瑞达精细化 有高度粘弹性、渗透性、与天然关节滑液极其类 工有限公司生产，La-DPPC磷脂由美国SIGMA 似的流变性和良好的生物相容性，因此已经投 公司生产 人临床应用.近期国内外研究发现，La-DPPC 1.2仪器及原理 磷脂(Dipalmitoyl Phosphatidylcholine,.二棕榈酰 (1)摩擦学参数测量 磷脂酰基胆碱)是天然关节滑液及软骨中的主 采取改进的振子式摩擦仪进行摩擦系数的 要磷脂成分，在HA中添加少量的La-DPPC磷 测量和Stribeck曲线的测定，摩擦副为聚乙稀醇 脂，能显著改善人工滑液的摩擦性能，但国内 水凝胶， 对润滑体系的界面性质却鲜有报导.本文用K12 通过测量振幅衰减，根据下式可求得摩擦 表面张力仪测试La-DPPC磷脂加人前后HA 系数： 润滑体系的表面张力变化，并对加入La-DPPC n=L(0-0.) 0≤15°， 4R 磷脂前后体系的润滑机制和摩擦系数进行对 式中，u是摩擦系数；L为振子式摩擦仪摆长，mm; 比，通过对La-DPPC磷脂分子组成的分析，研 R为摆轴半径，mm;6n-1,9,分别为测得的第n-1,n 究La-DPPC磷脂分子组成对体系的界面性质 次的摆动偏角. 的影响，以及润滑体系的界面性质和宏观摩擦 (2)表面张力测试. 性能之间的关系 实验仪器为德国KruSS公司生产的K-12 表面张力仪，测量范围为0-500mN/m,测量精 收稿日期2001-10-12王丽女，24岁，硕士 度为0.01mN/m. ★北京市自然基金资助项目No.3992009)
第 2 4 卷 第 6 期 2 0 0 2 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s ity o f S c i e n c e a n d Te c h n o fo gy B e ij i n g V6 】 . 2 4 N o . 6 D e e . 2 0 0 2 L a 一 D P P C 磷脂对人工滑液润滑性能的影响 王 丽 ` , 高 瑾 ” 李久青 ” 委 思权 2 , l ) 北京科技大学材料科学 与工程学院 , 北京 10 0 0 8 3 2 ) 北京大学医学部 , 北京 10 0 0 83 摘 要 利用 振子式 摩擦仪测 定 了加 人磷脂前 后人工 润滑体系(透 明质酸 )摩擦系数 和 s itr b e ck 曲线 的变化 . 实验 表 明 , L a 一 D P P C 磷 脂加入后 , 体系 的摩擦 系数显著降低 , 且 由 st ir be ck 曲线 可 以判 断 出体系 的润 滑机 制 由混合润滑 转变 为液膜 润滑 和混合润 滑 的多模式 润滑 , 推测 L a 一 D P P C 磷脂 的加入 可能改变 体系 的界面性质 . 采用表 面张力仪测 试 了加人 L a 一 D P P C 磷脂 前后 透 明质酸润滑 体系 的表面张力 变化 , 并对 L a 一 D P P C 磷 脂进行 了红外分 析 . 结果 表 明 L a 一D P P C 磷脂具 有两 亲性质 , 在润滑 剂 中起 到 了一种 表面活 性剂 的作 用 , 使体系的表 面张力大 大降低 , 这有 利于改善体系 的成膜性 能 , 提高其润滑效 果 . 关 键词 L a 一 D P PC 磷脂 ; 表 面张力 ; 润 滑性能 ; 人工滑 液 分 类号 0 6 3 2 . 2 1 关节病是一种带给患者巨大痛苦 的常见病 和 多发病 , 尤其是在老 年人 中发病率高达 85 .0/ 一般 的关节病患 者采取烤 电或药物治疗 , 但对 于 重型 关节病此类治疗却不 能再起作用 , 此时 最有效 的方式便是进行 P VA 一 H 软垫 支撑型 人 工关节假体置换手术 1] . 用 人工滑液对人工软骨 进行润 滑 , 是减少关节假体摩擦磨损 、 延长其使 用 寿命 的重要措施 〔, , 3] , 当今学术 界研究最为成 熟的是 以透明质酸( H A )作为人工润滑液 . H A 具 有高度粘弹性 、 渗透性 、 与天然关节滑 液极其类 似的流变性 和 良好的 生物相容性’l] , 因此 已 经投 人临床应用 . 近 期 国内外研究发现 , L a 一 D P P C 磷脂 ( D IP a lm it叮1 p h o s p hat i勿 l e ho lien , 二棕搁酞 磷脂酞基胆碱 ) 是 天然关节滑液及软骨 中的主 要磷脂成分 , 在 H A 中添加少量 的 L a 一 D P P C 磷 脂 , 能显著改善人工滑 液 的摩擦性能 「5] , 但 国 内 对润 滑体 系的界面性质却鲜有报导 . 本文用 K 12 表面 张力仪测试 L a 一 D P P C 磷脂加人前后 H A 润 滑体 系的表面 张力变化 , 并对加人 L a 一 D P P C 磷脂 前后体 系 的润 滑机 制和 摩 擦 系数进行 对 比 , 通过对 L a 一 D P P C 磷脂分子组成 的分析 , 研 究 L a 一 D P PC 磷脂分子组成对体 系的界面 性质 的影 响 , 以 及润 滑体 系的 界面性质和 宏观摩擦 性能之间的关 系 . 1 实验 L l 润滑剂体系 实验采用 的试剂是用 商品等级 的透明质酸 (相对分子质量为 1 “ 10气x2 10) 以 .0 9% 的生 理盐 水 配制 , 再向其 中添加 L a 一 D P P C 磷脂配制成复 合人工滑液 . 透 明质酸浓度 为 1 . 0 创d L , L a 一 D P PC 磷脂为 0 . 15 g/ dL . 其中 , 透 明质酸试剂 由山东福瑞达精细 化 工有限公司 生产 , L a 一 D P P C 磷脂 由美国 sI G M A 公 司生产 . 1 . 2 仪器及原理 ( l) 摩擦学参数测量 . 采取改进的振子式摩擦仪进行摩擦系数的 测 量和 S itr be ck 曲线 的测 定 , 摩擦 副为聚 乙 烯醇 水凝胶 . 通过测 量振 幅衰减 , 根据下式可 求得摩擦 系数 6[] : L (0n 一 : 一氏) 4R 以兰 15 “ 收稿 日期 2 0 01 一 1-0 12 王 丽 女 , 24 岁 , 硕士 * 北京市 自然基金资助项 目困仓 3 9 加09 ) 式 中 , 户是摩擦系数 ; L 为振子式摩擦仪摆长 , ~ ; R 为摆轴半径 , ~ ; 氏 一 l , 0n 分别为测 得 的第 n 一 1 , n 次的摆 动偏 角 . ( 2) 表面 张力测试 . 实验仪器 为德 国 E淦u S S 公 司 生产的 K 一 12 表面张力仪 , 测量范围 为 0 一5 0 m N /m , 测量精 度为士0 . 01 In N 力1 1 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 06. 017
◆648· 北京科技大学学报 2002年第6期 采用吊片法（实验中使用具有良好亲水性 Stribeck曲线测定实验结果如图2和图3所 的铂金片)，表面张力由下式导出. 示.图2为单纯透明质酸溶液的Stribeck曲线， cod (1) 曲线表明在10~157N载荷下均符合混合润滑 其中，Pw是吊片受到的拉力，可由实验测出；Lw 模式.而在透明质酸中加人La-DPPC磷脂以及 是吊片的宽度；是液体与铂金片的接触角.由 其他一些生物大分子之后，复合体系的Stribeck 于铂金片的浸润性能很好，故近似认为实验试 曲线走势发生了变化.如图3所示，在10~108N 剂在其上能完全铺展，即0-0，cos0=1. 表现为液膜润滑，只有当载荷超过108N之后， (3)红外光谱分析 才由液膜润滑向混合润滑转变. 实验采用布鲁克光谱仪器公司生产的FS 根据以上实验结果推测，La-DPPC磷脂的 113V型傅里叶变换红外光谱仪，利用KBr压片 加入改变了透明质酸润滑体系的界面性质.为 法制样 了证实了这一推测，用表面张力仪测试了加人 La-DPPC磷脂前后透明质酸润滑体系的表面 2实结果与讨论 张力变化，结果表明，在相同的温度下，单纯透 明质酸溶液的表面张力为53.86mN/m,加入La 振子式摩擦仪分别测定在49N和157N载 -DPPC磷胎后透明质酸+La一DPPC磷脂复合 荷下透明质酸溶液(1.0gL)和透明质酸(1.0 溶液的表面张力为30.39mN/m.向透明质酸溶 g/dL)+La-DPPC磷脂(0.15g/dL)复合溶液的 液中加入La-DPPC磷脂后，溶液的表面张力大 摩擦系数（摩擦副为聚乙烯醇水擬胶）.49N和 大降低，下降了23.47mN/m.可以初步证实La 157N载荷下，单纯透明质酸溶液(1.0g/dL)的摩 -DPPC磷脂在润滑剂体系中起到了表面活性 擦系数分别为0.15和0.17，而加入La-DPPC磷 剂的作用.为了从La-DPPC磷脂的分子结构方 脂以后，其摩擦系数分别降至0.12和0.13.结果 面证明La-DPPC磷脂是一种表面活性剂，对 如图1所示. 0.230 由摩擦实验结果可知，在透明质酸溶液中 加入La-DPPC磷脂后，无论在轻载(49N)还是 0.225 在重载(157N)时摩擦系数均大大降低；且由 0.220 Stribeck曲线可以看出，单纯透明质酸溶液的润 滑机制在载荷变化过程中一直处于混合润滑模 0.215 式，而加入La-DPPC磷脂后，透明质酸体系的 0.210 润滑机制发生了改变，在较低载荷下聚乙烯醇 水凝胶摩擦副表面形成了比较稳定的液膜，只 0.205 0 0.050.100.150.200.25 有在载荷超过108N时，液膜才开始发生破裂. Sommerfeld参数 以上结果说明La-DPPC磷脂的加入显著改善 图2单纯透明质酸的Stribeck曲线 了透明质酸润滑剂的润滑性能 Fig.2 Stribeck curves of hyaluronic acid 0.20 ☐HA HA+La-DPPC磷脂 0.12 0.15 0.11 0.10 謐 0.10 0.09 0.08 0.05 0.07 0.06 49N 157N 0.05 图1透明质酸和透明质酸+La-DPPC磷脂体系摩擦系 0 0.20.40.60.81.01.2 数比较 Sommerfeld参数 Fig.1 Friction coefficients of hyaluronic acid and hyaluro- 图3透明质酸+La-DPPC磷脂复合体系的Stribeck曲线 nic acid+La-DPPC Fig.3 Stribeck curvesof hyaluronic acid+La-DPPC
. 6 4 8 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 6 期 采用 吊片法 (实验 中使用具 有 良好亲水性 的铂金 片 ) , 表面张力 由下 式导 出 . , 一 乒 e o s o ( 1 ) 其 中 , wP 是 吊片受到 的拉 力 , 可 由实验测 出 ; L w 是 吊片的宽度 ; 0是液体与铂金片 的接触 角 . 由 于 铂金 片的 浸润 性能很好 , 故近似认为 实验试 剂 在其 上能完全铺展 , 即 0 = o , c os o = 1 . (3 )红外光谱 分析 , 实验采用 布鲁克光谱仪器公 司 生产的 IF s 1 13 V 型 傅里 叶变换 红外光谱仪 , 利用 K B r 压 片 法 制样 . 工以nUù 2 , . 绷暖逛燮 00 22 2 实 结果与讨论 振子式摩擦 仪分别测 定在 49 N 和 157 N 载 荷 下 透 明质酸溶液 ( 1 . 0 留dL )和 透明 质酸 ( 1 . 0 留dL ) 十 L a 一 D P P C 磷 脂(0 . 15 g/ dL )复合 溶液的 摩 擦系 数 (摩 擦副为聚 乙 烯醇水凝 胶) . 49 N 和 157 N 载荷下 , 单纯透明 质酸溶液 ( 1 . 0 留dL )的摩 擦 系数 分别为 0 . 15 和 0 . 17 , 而加人 L a 一 D P P c 磷 脂 以后 , 其摩擦系数分别降至 0 . 12 和 0 . 13 . 结果 如图 1所示 . 由摩擦 实验 结果可 知 , 在透 明质酸溶 液 中 加入 L a 一 D P P C 磷脂 后 , 无论 在轻载 (49 N )还是 在 重载 ( 157 N ) 时摩擦 系数均 大大降低 ; 且 由 S itr be c k 曲线 可 以 看出 , 单纯透 明质 酸溶 液的 润 滑机制在载荷变化 过程 中一直处于混合润 滑模 式 , 而加人 L a 一 D P P C 磷脂 后 , 透 明质酸体 系的 润 滑机 制发生 了改变 , 在较低载荷下聚 乙 烯醇 水凝胶摩 擦副表面形成 了 比较 稳定 的液膜 , 只 有在载 荷超过 108 N 时 , 液膜才开始发生 破裂 . 以上结果说 明 L a 一 D P PC 磷脂 的 加人显著改 善 了透 明 质酸润滑剂 的润滑性能 . S itr be ck 曲线测定实验结果如图 2 和 图 3 所 示 . 图 2 为单纯透 明质酸溶 液的 S t ir b e ck 曲线 , 曲线 表明在 10 一 1 57 N 载荷下均 符合 混合润滑 模式 . 而在透明质酸中加人 L a 一 D P P C 磷脂 以及 其他一些生物 大分子之后 , 复合体 系的 S itr b ec k 曲线走 势发生 了变化 . 如图 3 所示 , 在 10 一 108 N 表现为液膜润滑 , 只有 当载荷超过 1 08 N 之后 , 才 由液膜润滑 向混合润滑转 变 . 根 据以 上实验结果推测 , L a 一 D P PC 磷脂 的 加人 改变 了透 明质酸润 滑体 系的界面性质 . 为 了证实了 这一推测 , 用 表面张力仪测试 了加 人 L a 一 D P P c 磷脂前 后透 明质酸润滑体 系的表面 张力 变化 . 结果表 明 , 在相 同的温度下 , 单 纯透 明质 酸溶液 的表面 张力 为 53 , 86 m N m/ , 加人 L a 一 D P P C 磷 脂后透 明质酸+ L a 一 D PP C 磷脂 复合 溶液的 表面张力 为 30 . 39 m N l/ n . 向透 明质酸溶 液中加人 L a 一 D P PC 磷脂后 , 溶液 的表面 张力大 大降低 , 下 降 了 23 . 47 m N 加 . 可 以初步证实 L a 一 D P c 磷脂在 润滑剂体 系中起 到 了表面活 性 剂的作 用 . 为 了从 L a 一 D P P c 磷脂 的分子结构方 面证 明 L a 一 D P P C 磷脂是一种表面活性 剂 , 对 0 . 2 3 0 0 . 2 2 5 0 . 2 1 0 0 . 2 05 徽、 又 · \ \ 、 0 0 . 0 5 0 . 1 0 0 . 15 0 . 2 0 0 . 2 5 S o m m e fer l d 参数 图 2 单纯 透 明质 酸 的 st ir be c k 曲线 F ig · 2 S t r 汤ec k e u vr e s o f h y a lu or o ic a e i d 0 . 12 0 . 0 7 0 . 0 6 4 9 N 1 5 7 N 图 1 透 明质酸 和透 明质 酸+L a 一 D P C 磷脂体系摩擦 系 数 比较 F ig . 1 F r i e it o n e o e m e i e n st o f h y a l u r o n ic a e id a n d 勿a lu or - n i c a c i d + L a 一 D P P C 0 . 0 5 洲` / 厂 ` 气 之 / / r厂 『, r 1 1 1 t l n9 , On ēl 0 八“ IC 0 缎睽缝锄 戴瓣雏锄 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 S o m m e r fe l d 参数 图 3 透 明质 酸+ L a 一 D P P C 磷脂复合体 系的 St r i b e e k 曲线 F i g . 3 S t r ib e e k e u vr e s o f h y a l u or n i c a c id + L a 一 D P P C
Vol.24 王丽等：La-DPPC磷脂对人工滑液润滑性能的影响 ·649· La-DPPC磷脂进行了红外分析，分析谱图如 峰，它是一种比较大的碳氢链疏水基.La-DPPC 图4所示.由图可知，波数为1235cm'的较弱峰 磷脂的分子结构具有不对称性，一部分是亲油 和波数为1075cm'的较强峰分别是膦酸脂 的非极性基团（即碳氢长链等疏水基），另一部 (RO)2RP=O)及无机磷酸盐(HPO))的特征 分是极性基团（即磷酸盐等亲水基）.它具有两 吸收峰，且两者均属阴离子型的亲水基.波数为 亲性质，且有足够大的疏水基，因此可推定其为 2925cm的强峰和波数为1466,1384cm的弱 阴离子型表面活性剂分子，这种阴离子型表面 峰是CHCH,伸缩振动和弯曲振动的特征吸收 活性剂有很好的降低表面张力的能力和效率. 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 3882 S 的 0.2 0100 0 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 波数/(10cm) 图4La一DPPC磷脂的红外谱图 Fig.4 IR Spectra of La-DPPC phosphatide La-DPPC磷脂中的磷酸盐基团和碳氢基 DPPC磷脂显著降低了溶液的表面张力，削弱了 团的配置适当时，这种高分子量的化合物能迅 液体收缩表面和液滴聚并的趋势，降低了产生 速溶解.处于溶解状态的La-DPPC磷脂的碳氢 泡膜向边界排液、变薄的推动力.其次，由于Lα 基团仍有逃离水溶剂的趋势.为了将此趋势变 -DPPC磷脂这种离子型表面活性剂吸附层带 成现实，La-DPPC磷脂在摩擦副表面发生吸附 电，使液膜两表面间产生电性排斥，而不易接 作用.人工关节材料采用聚乙烯醇水凝胶制成， 近，对液膜两表面间接近产生空间阻碍作用.这 这是一种亲水的材料，所以磷脂的亲水基在此 两种作用都抑制聚乙烯醇水凝胶表面上的润滑 亲水的摩擦副表面吸附，而另一端的疏水基和 膜因排液、变薄而走向破裂的过程.再次，由于 溶液中其他的磷脂分子的疏水基结合，在摩擦 吸附层中碳氢链和碳氢链、磷酸盐和磷酸盐的 副表面形成一层或多层结构的稳定磷脂膜. 横向相互作用，使表面膜具有一定的强度，能够 作为人体关节润滑剂，为了更好的模拟生 承受一定的外力而不会被破坏.这可能是由于 物环境，透明质酸润滑体系均是以0.9%的生理 La-DPPC磷脂的加入提高了摩擦副上液膜的 盐水作为溶剂配制的.氯化钠是一种无机电解 强度和稳定性，因此能显著提高润滑剂的润滑 质，此无机电解质的加人对离子型表面活性剂 效果 的吸附有明显的增强作用.因为电解质浓度的 增加会导致更多的反离子进入吸附层而削弱表 3结论 面活性剂的离子间电性排斥，使吸附分子排列 (1)La-DPPC磷脂在透明质酸润滑体系中 更紧密 起到了表面活性剂的作用. La一DPPC磷脂对形成分子或离子紧密定 (2)La-DPPC磷脂的加人显著降低了透明 向排列的稳定表面吸附层，从而提高合成润滑 质酸体系的表面张力. 剂的润滑效果有很大的贡献.首先，由于La- (3)La-DPPC磷脂的加入改善了透明质酸
王丽等 : L a 一 D P PC 磷 脂对人 工滑液润 滑性 能的影 响 . 6 4 9 . L a 一 D P P C 磷脂 进行 了红外分析 , 分析谱 图 如 图 4所示 . 由图可 知 , 波数 为 1 2 35 c m 一 ’ 的较弱 峰 和波 数 为 1 0 7 5 c m 一 , 的较 强 峰分 别 是 麟 酸 脂 ( (R o ) Z RP = o ) 及无机磷酸盐 ( (H Z p o 4丫 , )的特征 吸 收峰 , 且两者均属阴离子型 的亲水基 . 波数为 2 9 2 5 e m 一 ’ 的强 峰和 波数 为 1 4 6 6 , 1 3 8 4 e m 一 ’ 的弱 峰是 C H Z C H , 伸缩振动和 弯 曲振动的 特征吸 收 峰 , 它是一种 比较大的碳氢链疏水基 . L a 一 D P P C 磷脂 的 分子结构具有不对称性 , 一部分是亲油 的非极性基 团 (即 碳氢长链等疏水基 ) , 另一部 分是极性基 团 (即 磷酸盐等亲水基 ) . 它具有两 亲性质 , 且有足够大的疏水基 , 因此可 推定其为 阴离子 型表 面活性剂 分子 , 这种 阴离子型 表面 活性剂 有很好 的降低表 面张力 的 能力和 效率 . . n 囚O 、 叫 一 l 。 11 亡 一夕叮 l 淤公 侧报昏 波数 (/ 10 , e m 一 ’ ) 图 4 L a 一 D P P C 磷脂 的红外谱 图 F ig . 4 IR S P e e t r a o f L a 一 D P P C Ph o s P h a idt e L a 一 D P P C 磷脂 中的磷 酸盐基 团和 碳氢基 团 的配置适 当时 , 这种 高分子量 的化合物 能迅 速溶解 . 处于 溶解状态的 L a 一 D P P C 磷脂的 碳氢 基团仍有逃离水溶剂 的趋势 . 为了将 此趋 势变 成现实 , L a 一 D PP C 磷脂在摩擦副表面发生 吸附 作用 . 人工关节材料采用 聚 乙 烯醇水凝胶制成 , 这是一 种亲水 的材料 , 所 以磷脂的亲水基在此 亲水的摩 擦副表面 吸附 , 而 另 一端的疏水基和 溶液 中其他的磷脂分子的疏水基结合 , 在摩擦 副表面形成一层或多层结构的稳定磷脂膜 ` 作为人体关节润 滑剂 , 为了更好 的模拟生 物环境 , 透明质酸润 滑体 系均是 以 .0 9% 的生理 盐水作为溶剂配制 的 . 氯化钠是一种无机 电解 质 , 此无 机电解 质的加人对离子 型表 面活 性剂 的吸附有 明显 的增强 作用 . 因 为电解质浓度 的 增加会导致更多 的反离子进人吸 附层而削弱表 面 活性剂 的离 子间电性排斥 , 使吸附分子排列 更紧密v.l] L a 一 D PP C 磷脂 对形成分子或离子 紧密定 向排列的稳定 表面吸 附层 , 从而 提高合成润 滑 剂 的润 滑效果 有很 大的 贡献 . 首先 , 由于 L a 一 D P P C 磷脂显著降低 了溶液的表面 张力 , 削弱了 液体收缩表面和 液滴聚并 的趋势 , 降低 了 产生 泡膜 向边界排液 、 变薄的推动力 . 其次 , 由于 L a 一 D P PC 磷 脂这种离子型 表 面活性 剂吸 附层带 电 , 使 液膜两表面 间产生电性排斥 , 而 不 易接 近 , 对液膜两表面 间接近产生空 间阻碍作用 . 这 两种作用都抑制聚 乙 烯醇水凝胶表面上 的润 滑 膜 因排液 、 变薄而走向破裂的过程 . 再次 , 由于 吸附层 中碳 氢链 和碳 氢链 、 磷酸盐和 磷酸盐的 横向相互作用 , 使表面膜具有一定的强 度 , 能够 承受一定的 外力而 不会被破坏 . 这可能是 由于 L a 一 D P P C 磷脂 的加入提高 了摩擦 副上液膜 的 强 度和 稳定性 , 因此能显著提 高润滑剂 的润 滑 效果 . 3 结论 (l ) L a 一 D P P c 磷脂 在透明质酸润滑体 系中 起 到了表 面活 性剂 的作用 . (2 ) L a 一 D P C 磷 脂的加人显著降低 了透明 质 酸体 系的表 面张力 . (3 ) L a 一 D P C 磷脂 的 加人改善 了透明质酸
·650 北京科技大学学报 2002年第6期 体系的成膜性能，使润滑剂的润滑机制发生改 4虞路清，李久青.复合人工滑液的流变性能及润滑机 变，摩擦系数降低 制分析[.北京科技大学学报，2001,23(4)：332 5 Murakami T,Sawae Y.The adaptive multimode lubrica- 参考文献 tion in knee prostheses with artificial cartilage during wal- king [A].Dowson D.Elastohydrodynamics[C].Else- 1 Murakami T,Higaki H,Sawae Y,et al.Adaptive multi- vier Science B V,1997.371 mode lubrication in natral synovial joints and artificial 6 Toshimitsu Yokobori A,Takashi Kawaharada.Mechanical joints [J].Proc Instn Mech Engrs,1998,212:23 test method on the estimation of the lubricant performance 2 Dowson D,Wright V.Introduction to the Biomechanics of by hyaluronic acid []Bio-Medical Materials and Engin- Joints and Joint Replacement [M].London:MEP,1981. eering,1995,5(2):117 139 7朱步瑶，赵振国.界面化学基础M)北京：化学工业 3王丽，高瑾，李久青，聚乙烯醇水凝胶人工软骨润滑 出版社，1996.74 体系研究J.云南大学学报（自然科学版），2002,241)： 309 Influence of Artificial Synovia by La-DPPC on Lubricate Capability WANG Li",GAO Jin "LI Jiuging",LOU Siquan 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083 2)Health Science Center,Peking University,Beijing 100083,China ABSTRACT Both the Stribeck curve and friction coefficient were mensurated before and after the La-DPPC was added into the HA lubricate system by pendulum friction apparatus.It was found that the system friction coefficient decreased sharply after La-DPPC was added.From the Stribeck curve,the lubricate mechanism of the lubricate system could change from the mix lubricate to the liquid film and mix lubricate.It is speculated that the interface characteristic must be changed because of La-DPPC.In order to prove this speculation,sur- face tension was tested when La-DPPC was added into the HA lubricate system,and an analysis of IR spectra was done on La-DPPC.The results show that La-DPPC has hydrophilic and hydropholic characteristics, and acts as a surface active agent in lubricant,which decreases surface tension greatly.This contributes to film formation in the system and increases lubricate effect. KEY WORDS La-DPPC:surface tension;artificial synovia;lubricate capability (上接第632页) Optimization of Axial Symmetrical FGM Using the Genetic Algorithm ZHANG Xiaodan,WANG Sangiang,LIU Dongqing Applied Science School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The distribution of thermal stresses for an empty cylinder of Functionally Graded Materials (FGM)with axial symmetry is obtained,and the Genetic Algorithm(GA)is applied to the optimization prob- lem of material composition for an empty cylinder of FGM with axial symmetry.Based on the thermal elasti- city theory and computational method,the numerical calculations are made using a genetic algorithm.The minimum thermal stresses and optimum combination are obtained for an empty cylinder of FGM. KEY WORDS functionally graded material (FGM);thermal stress;genetic algorithm;chromos-ome
. 6 5 0 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 6 期 体系 的成膜性能 , 使 润滑剂 的润滑机制发 生改 变 , 摩擦系数降低 . 参 考 文 献 1 M u r a k am i T, Hi g a k i H , S aw ae Y, e t a l . A dap ti v e m u l ti - m o d e l ub r i e at i o n i n n a t r al s y on v i a l j o i nt s an d art i if c i a l j o int s [J ] . P r o c I n s ht M e e h E n g r s , 1 9 9 8 , 2 12 : 2 3 2 D o w s on D , W r 1hgt V Iin r o d u ct i o n ot ht e B i o m e e h an i e s o f J o iin s an d J o int eR P l a e e m e n t [M ] . L o n d o n : M E P, 1 9 8 1 . 1 3 9 3 王丽 , 高瑾 , 李久 青 . 聚 乙烯 醇水凝胶 人工 软骨润 滑 体 系研究 [J] . 云南 大学学报 ( 自然 科学版 ) , 2 0 02 , 2 4( :1) 3 0 9 4 虞路清 , 李久青 . 复合 人工 滑液 的流变 性能 及润滑 机 制 分析 [J ] . 北京 科技 大学学 报 , 2 00 1 , 2 3 ( 4 ) : 3 3 2 5 M ur a k a m i T, S aw ae 丫 Th e ad atP i v e m u l ti m o d e l u bir e a - ti o n i n kn e e P r o s ht e s e s w iht art i if e i a l c a rt i l a g e d u r l gn w a l - ki n g [A ] . D o w s o n D . E l a s ot h y d r o d yn am i e s ’ 9 6 [C ] . E l s e - v i e r S e i e n e e B V, 19 9 7 . 3 7 1 6 oT s hi m i t s u oy ok b o r i A , 1泊k a s h i K aw ha ar ad a . M e e h an i e a l t e s t m e ht o d o n ht e e s t im at i o n o f het lub r i e ant P e r fo mr an e e by 场a l uor n i e a e i d [J] . B i o 一 M e di e a l M aet ir a l s an d E n g i n - e e r i飞 , 19 9 5 , 5 ( 2 ) : 1 1 7 7 朱 步瑶 , 赵 振 国 . 界 面化学 基础 【M ] . 北京 : 化学工 业 出版社 , 19 9 6 . 7 4 I n fl u e n c e o f A rt iif c i a l S y n o v i a b y L a 一 D P P C o n L ub r i c a t e C ap ab ili yt 恻刃G iL )] , GA O inJ “ , LI iJ qu i gn “ , L 口 U iqS ua n)z 1) M at e r i a l S e i e n e e an d Eng i n e e ir ng S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij in g 10 0 0 8 3 2 ) H e a hlt S e i e n c e C e nte ` P e k i n g nU i v e r s ity, B e ij ign 10 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T B o ht ht e S tr ib e c k c u r V e an d fr i e t i o n e o e if c i e flt w e r e m e n s itr at e d b e of r e a n d a ft e r ht e L a 一 D P P C w a s a d d e d int o ht e H A lub ir e at e sy s t e m b y P e n du l um fr i e t i o n a PP ar a t u s . 1 w a s of un d ht at ht e s y s t e m fr i e t i o n e o e if e i e nt d e e r e a s e d s h a rp l y a ft e r L a 一 D P P C w a s a d d e d . F r om ht e S tr ib e e k e ivtr e , ht e lub r i e a t e m e c ha n i sm o f ht e lub r i e at e s y s t e m c o u ld c h a n g e fr o m ht e m i x lub r i c at e t o ht e liq Ui d if lm an d m i x lub r i e at e . It i s s P e e u l at e d ht at ht e int e r fac e e h ar a e t e r i s t i e mu s t b e e h an g e d b e e au s e o f L a 一 D PP C . I n o r d e r t o P r o v e ht i s s Pe c u l at i o n , s ur - af e e t e n s i o n w a s et s t e d w he n L a 一 D PP C w a s a d d e d int o ht e H A lub r i c at e sy s t e m , a n d an an a ly s i s o f IR s P e e t r a w a s d on e o n L a 一 D PP C . hT e r e s u it s s h o w ht at L a 一 D P PC h a s 师dr o Ph ili e a n d 师dr o Ph o li e e h ar a e t e r i s t i e s , an d a e t s a s a s ur fa e e a e t i v e ag e nt i n 】u b r i e a n t , w h i c h d e e r e a s e s s ur fa c e t e n s i o n gr e at ly . T h i s c o ll t r ibut e s t o if lm fo mr at i o n i n ht e s y s t e m an d i n c r e a s e s lub r i e at e e fe e t . K E Y W O R D S L a 一 D PP C ; s itr fa c e t e n s i o n ; art iif c i a l s y n o v i a ; l u b r i e at e c ap ab iliyt (上接第 6 3 2 页) O P t im i z a t i o n o f A x i al S y m m e tr i e a l F G M U s i n g ht e G e n e ti c A l g o r iht m Z 子了理刀G iX a o da n , 不了乙理刃G aS qn ia gn, IL U D o刀 g甘“ 29 A P li e d S c i e n e e S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij i n g 10 0 0 83 , Ch i n a A B S T R A C T Th e d i s tr ib ut i o n o f ht e rm a l s tr e s s e s of r an e n 1P ty e y ll n d e r o f F un c t ion a l ly rG ad e d M at e r i a l s ( F G M ) w iht ax i a l s y nu e try 1 5 o bt a i n e d , an d ht e G e n e t i e A l g o r lt】l m (G A ) 1 5 ap Pli e d t o ht e o P t加i z at i o n P or b - l e m o f m at e r i a l e o n 1P o s it i o n fo r an e m Pyt c y lidn e r o f F G M w iht ax i al s y m e tyr . B a s e d o n ht e t h e mr a l e l a s t i - e iyt ht e o yr an d c o l n p ut at i o n a l m e t h o d , ht e nut e r i c a l c a l e u lat i o n s ar e m a de u s ign a g e n e t i e a l g o r it l l ll l . T h e m in im um ht e mr a l s tr e s s e s an d o Pt im um e o n l b i n at i o n ar e o b t a in e d fo r an e ll l P yt e y lin d e r o f F G M . K E Y W O R D S if l门c ti o n a lly g r a d e d m at e r i a l ( F G M ) : ht e mr a l s tr e s s : g e n e t i e a lg o r lthn l ; c hr o m o s 一 o m e