人工滑液在材料表面成膜的AFM图像分析

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2002.01.038 第24卷第1期 北京科技大学学报 VoL.24 No.1 2002年2月 Journal of Unlversity of Seience and Technology Beljing Feb.2002 人工滑液在材料表面成膜的AFM图像分析 虞路清》鲁毅强》李久青)高瑾) 1)北京科技大学应用科学学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要用原子力显微技术(AFM)观测复合人工滑液在材料表面形成的吸附膜的表面形貌图 像，吸附膜上清晰地显示有大量的椭球形分子.该吸附膜的形成可能是复合人工滑液对人工关 节材料润滑性能显著提高的一个重要因素. 关繪调人工滑液；吸附膜：原子力显微技术 分类号0632.21：TH742.9 原子力显微镜(Atomic Force Microscope, ×10°~2×10°，山东福瑞达精细化工有限公司制) AFM)是由Binnig等于1986年发明的，它可以 以超纯水配制成各种浓度的溶液作为人工关节 进行原子级的观察；可在大气、液体等环境下直 滑液，再在其中添加Y一球蛋白和L-DPPC磷 接测量；可以观察研究金属、有机物、高分子以 脂（均为美国SIGMA公司试剂产品）配制成各 及生物等样品，操作简单方便，样品不需作特殊 种复合人工滑液.人工关节材料PVA-H含水量 的预处理，在计算机上可直接得到真实的表面 很高，实验时潮湿度大，为操作方便，以亲水材 图像，AFM特别适用于不具有导电性的生物和 料云母替代PVA一H材料. 有机材料. 12试验方法 透明质酸(Hyaluronic Acid,HA)是人体滑液 本实验使用美国DI(Digital Instruments Ve- 的主要成分，也是人工关节润滑剂首选材料. eco metrology Group)公司NanoScope III a原子 研究表明，在人工滑液中（以透明质酸为主要成 力显微镜，采用一般S3N4探针，以叩击模式 分)添加某些天然滑液的组分物质如球蛋白和 (Tapping mode,TM)对各类复合人工滑液在云母 磷脂，均能显著改善摩擦副的摩擦学性能.据 表面上形成的吸附膜进行观测比较， 报道DPPC(Dipalmitoyl Phosphatidylcholine,二棕 AFM采用“光束反射探测”技术，将探针安 榈酰磷脂酰基胆碱)是滑液及软骨表面的主要 装在一个灵活的悬臂上，激光二极管发出的一 磷脂成分，而大分子量的Y一球蛋白也能显著改 束激光经悬臂反射后，打在一个分裂式光电二 善人工关节润滑向.作者的实验结果表明，复合 极管上.当探针在样本表面扫描时，由于样本表 人工滑液比纯粹的透明质酸溶液的润滑性能更 面原子结构起伏不平，悬臂也就随之起伏，于是 为优越.通常，人们认为滑液的粘度对其润滑性 激光束的反射也就起伏，光电二极管将其接收、 能具有重要影响？.为探讨复合人工滑液增进润 放大，即可获得有关样本表面凹凸信息的原子 滑性能的可能原因，本研究利用原子力显微镜 结构图像. 技术围，对复合人工滑液在材料表面形成的吸附 TM成像既能使探针不破坏被扫描样品的 膜进行了观测分析. 表面，又能接触表面并获得高分辨的图像，而且 TM扫描具有广阔的线性范围，允许常规样本 1实验部分 的重复测试.为使复合人工滑液在材料表面上 1.1试验材料 形成较均匀的吸附膜，将云母浸泡在复合人工 用商品级的透明质酸钠（相对分子质量1 滑液中5min后取出，并将云母片倾斜一角度静 置5~10min,以使粘附的液体流走和稍作晾干 收稿日期2000-11-29赏路清男，26，预士 (过分干燥将会破坏吸附膜)，然后进行观测实 ★北京市自然科学基金资助项日N0.990413651) 验

第 2 4 卷 第 1 期 200 2 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ u r o a l o f U , vI e花 lyt o f 5 . 加。 c e a n d 孔 c h n o lo 盯 B e lj i n g Vo 2L 4 F . b - N O 一 1 2 0 02 人工滑液在材料表面成膜的 A F M 图像分析 皮路清 ” 普毅强 ” 李久青 “ , 高 瑾 2 , l)J 匕京科技大学应用科学学院 , 北京 10 0 0 83 2) 北京科技大学材料科学 与工程学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 用 原子力显 微技术(A F M )观测复合人工 滑液在材料表 面形成 的吸 附膜 的表 面形貌 图 像 , 吸 附膜上清晰地显示 有大量 的椭球形 分子 . 该吸 附膜的形成可能是 复合人工 滑液对 人工关 节材 料润滑 性能显著提高的一个 重要 因素 , 关扭 词 人 工滑 液 ; 吸附膜 ; 原子力显微技 术 分类 号 0 63 2 . 2 1; T H 74 2 . 9 原子 力显微 镜 (A t om i e F o re e M i e ro s e 叩e , A F M )是 由 B l几苗g 等于 1 98 6 年发明的 `, , , 它可以 进行原子级 的观察 ; 可在大气 、 液体等环境下直 接测量 ; 可 以 观察研究金属 、 有 机物 、 高分子 以 及 生物等样 品 , 操作简单方便 , 样品不需作特殊 的预处理 , 在计 算机上 可 直接得到真实的表面 图像 . A FM 特别适用 于 不 具有导 电性的生物和 有机材料 . 透 明质酸 (H y a lur on i c A c id , H A )是人体滑液 的主要成 分 , 也是人工关节润滑剂首选材料 口 .] 研究表明 , 在人工滑液 中(以透明质酸为主要成 分 ) 添加某些 天 然滑液的组分物质如球蛋 白和 磷脂 , 均能显著改善摩擦 副的摩擦学性能 13 一” . 据 报道 D p p C ( D IPa lm it o y l p h o s Ph at i勿l e h o li n e ,二棕 桐酞磷脂 酞基 胆碱 ) 是滑液及软骨表面 的主要 磷脂成分 , 而大分子量的卜 球蛋 白也能显 著改 善人工关 节润滑 `61 . 作者 的实验结果表明 , 复合 人工滑液 比纯粹 的透明质酸溶液 的润滑性 能更 为优越 . 通常 , 人们认 为滑液的粘度对其润 滑性 能具有重要影响 `刀 . 为探讨复合 人工滑液增进润 滑性 能的可能原因 , 本研究利用原子力显微镜 技术 `.] , 对 复合人工滑液在材料表面形成的吸附 膜进行 了 观测分析 . 1 实验部分 L l 试脸材料 用商品 级 的透 明质 酸钠 (相对 分子质量 1 收稿 日期 2 0 企 1 1 一 2 9 虞路清 男 , 26 , 硕士 * 北京 市 自然科学 基金 资助项 目(N 0 . 9 9 0 4 13 6 5 1) 拭 10 6一 2x 10 ` , 山东福瑞达精细化工有 限公 司制 ) 以超纯水配制成各种浓度的溶液作为人工关节 滑液 , 再在其 中添加 Y一 球蛋 白和 L a 一 DP P C 磷 脂 (均 为美国 sI G M A 公司试剂产品 ) 配制成各 种复合人工滑液 . 人工关节材料 PVA 一 H 含水t 很高 , 实验时潮湿度大 , 为操作方便 , 以 亲水材 料云 母替代 PV人一 H 材料 . 1 .2 试验方法 本 实验使用美 国 DI (iD gl alt Isn t ur m ent s Ve - e c o m e tr o l o gy rG o uP )公 司 N aon s e o Pe Ill a 原子 力显微镜 , 采用一般 is 3N4 探 针 , 以 叩击模式 (介p p ign m o de , T M )对各类复合人工滑液在云 母 表面 上形 成 的吸 附膜进行观测 比较 . A F M 采用 “ 光束反射探测 ” 技术 , 将探针安 装在一个灵 活的悬臂上 , 激光二极 管发出的一 束激光经悬臂反 射后 , 打在一个分裂式光电二 极管上 . 当探针在样本表面扫描 时 , 由于样本表 面原子结构起伏不平 , 悬臂也就 随之起伏 , 于 是 激光束的反射也就起伏 , 光电二极管将其 接收 、 放大 , 即可 获得有 关样本 表面 凹 凸 信息的原子 结构 图像 . T M 成像 既能使探 针不破坏被扫描样品的 表面 , 又 能接触表面并获得高分辨的图像 , 而且 T M 扫描具有广 阔的线性范 围 , 允许常规样本 的重复测试 . 为使复合人工滑液在材料表面 上 形成较均匀 的吸 附膜 , 将云 母浸泡在复合人工 滑液 中s m in 后取 出 , 并将云 母片倾斜一角度静 置 5一 10 m in , 以 使粘附的液体流走和稍作晾干 (过分干燥将会破坏 吸附膜 ) , 然后进行观测实 验 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 01. 038

Vol.24 No.1 虞路清等：复合人工滑液在材料表面成膜的AFM图像分析 35 2实验结果 的相态存在.在溶液中，磷脂形成如图2所示的 热力学上的稳定结构.该结构的双层磷脂其疏 如图1所示，La-DPPC(O.1g/dL)溶液在材 水基团相互作用吸附在一起，而亲水基团则朝 料表面形成一层均匀的薄膜，平均膜厚小于 向该结构的外侧.由于云母材料的表面性质亲 10nm(图1a),透明质酸溶液(HA,0.5gd)则形 水，磷脂一端的亲水基团可能在云母表面吸附， 成大约15~30nm厚的吸附膜（图1c),但成膜不 而另一端的疏水基团和溶液中的其他磷脂结 是很均匀，有不少小缺陷（图中颜色较深部分） 合，在云母表面形成一双层或多层结构的磷脂 含有La-DPPC O.lgdL的透明质酸溶液成膜如 膜.磷脂膜的稳定程度取决于磷脂的疏水基团 图1b,与图1c相似，也有不少小缺陷，此吸附膜 的疏水程度 膜厚约为30m,大于前两者单组分溶液成膜的 由图1可看出，纯粹的透明质酸溶液的成 厚度.含有y球蛋白0.5gdL和La-DPPC0.5g 膜缺陷较多，而且加入磷脂的HA溶液成膜仍 dL的复合人工滑液在云母表面上形成的吸附 有不少缺陷，尽管其膜厚略有增加，磷脂溶液的 膜展示有大量、清晰的椭球形分子（图l©），只加 成膜则很均匀，这说明磷脂对云母具有更大的 入Y-球蛋白0.5gdL的透明质酸溶液成膜如 亲附力.作者测定了图1e中的椭球形分子的大 图1d,在膜上椭球形分子则相对少许多.值得 小，从60m到200nm不等，平均值为124nm. 注意的是，复合人工滑液的吸附膜膜厚度大约 而添加了Y-球蛋白的HA溶液吸附膜均显著增 为100~120nm,加入y-球蛋白0.5g/dL的透明 厚，且膜厚度为椭球形分子大小的数量级，因此 质酸溶液成膜厚度则小于80nm,但都明显大于 推断吸附膜上的椭球形分子可能是Y-球蛋白， 未添加γ一球蛋白溶液的吸附膜厚.纯粹的透明 并认为y一球蛋白的加入使得吸附膜显著增厚 质酸溶液或只加入La-DPPC的透明质酸溶液 此外，蛋白质和粘多糖可与磷脂发生可逆的化 成膜则没有这种椭球形分子现象（图1b,1c),这 学反应，分别生成脂蛋白和脂多糖而可作为磷 表明复合人工滑液中的添加剂分子显著吸附在 脂的载体.同时，透明质酸分子也可稳固磷脂在 亲水材料云母表面上 亲水材料上的吸附6，”.综上所述，复合人工滑 由图la可知，磷脂在云母片上形成了一层 液中，透明质酸、Y-球蛋白和La-DPPC的共存 均匀的吸附膜.磷脂是两性物质，即一部分是亲 在云母材料表面上将可能形成一层较稳固的类 水头部，另一部分是疏水尾部：随着水化程度和 似于生物膜结构的磷脂膜，大量的Y一球蛋白则 体系温度、H值等条件不同，它们可以以不同 镶嵌在吸附膜中，且几乎没有膜缺陷.这可能是 (a)La-DPPC 0.1g/dl;(b)HA 0.5g/dl La-DPPC 0.1g/dl;(c)HA 0.5g/dl; (d)HA 0.5g/dl+y-globulin 0.5g/dl (e)HA 0.5g/dl+y-globulin 0.5g/dl+La- DPPC 0.1g/dl 图1人工关节润滑剂在云母表面上形 成吸附膜的AFM图像 Fig.1 AFM images of adsorbed film on 15 mica sheet formed by artificial synovia

·36 北京科技大学学报 2002年第1期 复合溶液较小的内聚力和添加物质与材料表面 度至今没有被世人测定.作者以复合人工滑液 较强作用力所致. 润滑时，PVA一H/PVA-H摩擦副(PVA-H为具有 润滑膜的厚度对于摩擦副的润滑状态及效 类似人体软骨弹性模量的人工软骨材料)的摩 5 擦系数普遍低于PVA-H/316LS.S.摩擦副，也略 低于纯粹透明质酸溶液润滑时的PVA-HPVA -H摩擦副，Dowson的理论似乎是一个较合适 的解释. 人工关节软骨材料聚乙烯醇水凝胶(PVA一 H)也是表面亲水的物质，可认为上述云母材料 i 的AFM实验现象应与PVA-H材料的相似，对 上述实验现象的分析讨论应同样适用于PVA一 图2磷脂分子双层胰的切面示意图 H材料.y一球蛋白、La一DPPC和透明质酸共存 Fig.2 Mutilamellar liposome of La-DPPC 时形成的一定厚度、较牢固的吸附膜，在人工关 果意义重大，有人研究了流体膜失效的原因 节摩擦副运动时将提供较强的抗剪切能力，吸 和弹流润滑与薄膜润滑转化关系，指出流体 附膜不容易解吸，这弥补或显著增强了由纯粹 膜的失效点处于纳米级，而弹流润滑与薄膜润 的透明质酸溶液润滑时的边界润滑能力.因此， 滑发生转变时的膜厚与润滑剂的表观粘度相 复合人工滑液具有良好的流变性质和边界润滑 关，当润滑膜厚度小于15nm或小于26nm(经 能力，对人工关节可以提供综合而有效的润滑 验理论值)时，润滑规律则已不同于弹流润滑； 防护作用.即摩擦副在液膜润滑情况下，润滑剂 加入少量极性添加剂所形成的润滑膜可承受较 流变性质对润滑性能的影响很大，此时，决定粘 大的载荷，即极性添加物的加入能提高流体膜 度的透明质酸起重要作用；而在边界润滑情况 的承载能力.作者的实验结果表明，复合人工滑 下，Y-球蛋白、La一DPPC和透明质酸形成的吸 液比纯粹的透明质酸溶液的润滑性能更为优 附膜仍可以维持较低的摩擦磨损， 越，尤其PVA-H/316LS.S,摩擦副的摩擦系数几 上述分析尚需要进一步实验工作的支持 乎减小一半-而添加剂物质并没有改变复合 人工滑液的剪切稀化流变特性，相反复合人工 4结论 滑液的剪切粘度与纯粹的透明质酸溶液相比还 (I)透明质酸，Y-球蛋白和La-DPPC共存 有些下降.通常，人们认为滑液的流变性质如 时在材料表面上AFM图像具有大量的清晰椭 粘弹性对其润滑性能具有决定性影响门.本研究 球形分子结构. 通过AFM对各类润滑液在材料表面上形成的 (2)与透明质酸溶液成膜相比，加入y一球蛋 吸附膜的观测，发现含Y一球蛋白、La-DPPC的 白和La-DPPC的透明质酸溶液（复合人工滑液） 复合人工滑液的吸附膜（平均124nm)远大于纯 在材料表面上形成的吸附膜具有更大的厚度和 粹的透明质酸溶液的成膜厚度（小于30nm),这 对表面的亲附力 与上述学者的观点相近.316LS.S.表面粗糙度 (3)复合人工滑液在材料表面形成具有大量 约为20nm,通常液膜润滑的条件是膜厚为表 的清晰椭球形分子的吸附膜将显著提高摩擦副 面粗糙度的3倍.因此，本实验结果表明，对于 的边界润滑能力，进而从整体上改善复合人工 316LS.S.人工关节复合人工.滑液可以提供较好 滑液的润滑性能 的润滑功能.而人体软骨的粗糙度为2~6m,远 大于所有可能的吸附膜厚度，根据Dowson的显 参考文献 微弹性流体动压润滑理论(Micro Elastohydrody- 1 Binnig G,Quate C F,Gerber Ch.Atomic Force Microscope namic Lubrication Mechanism)u,软骨承载后，其 [J].Phys Rev Lett,1986,56 930. 表面粗造度的每个微凸体对软骨表面的压力分 2顾其胜，王文斌，吴萍，医用透明质酸钠在临床中的 应用综述[].中国修复重建外科杂志，1998,12(2)：124 布有微小的扰动作用，并因此抚平了原始的粗 3 Sawae Y.Effect of Synovia Constituents on Friction and 糙度.由于实验困难，动态的抚平了的软骨粗糙 Wear of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Sliding Aginst Prosthetic Joint Materials[J].Wear,1998

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 一期 复合 溶液较小的内聚力和 添加物质与材料表面 较强 作用力所致 . 润 滑膜 的厚度对于 摩擦 副的润 滑 状态及效 度至今没有被世人测定 . 作 者以 复合 人工滑 液 润滑时 , PV A 一 H爪V A 一 H 摩擦副(P VA 一 H 为具有 类似人体软骨弹性模量 的人工软骨材料 ) 的摩 擦系数普遍低 于 PVA 一 川3 1 6 L 5 . 5 . 摩擦副 , 也略 低于纯粹透 明质酸溶液润 滑 时的 PVA 一 H 用V A 一 H 摩擦 副 , D o w s o n 的理论似乎是一个较合适 的解释 . 人工关节软骨材料 聚乙 烯醇水凝胶 (P VA 一 H )也是表面 亲水 的物质 , 可认为上 述云 母材料 的 AF M 实验现象应 与 PV A 一 H 材料 的相 似 , 对 上述实验现象的分析讨论应 同样适 用 于 PV A 一 H 材料 . y一 球 蛋 白 、 L a 一 D PP C 和 透 明质酸共存 时形成的一定厚度 、 较牢固 的吸附膜 , 在人工关 节摩擦副运动时将提供较 强的抗 剪切能力 , 吸 附膜不容易解 吸 , 这弥补或显 著增强 了 由纯粹 的透明质酸溶液润 滑时的边界润滑能力 . 因此 , 复合人工滑液具有 良好的流变性质和边界润滑 能力 , 对人工关节可 以提供综合而有效 的润滑 防护作用 . 即摩擦副在液膜润滑情况下 , 润滑剂 流变性 质对润滑性能的影响很大 , 此时 , 决定粘 度 的透 明质 酸起 重要作用 ; 而在边界润滑情况 下 , 丫一 球蛋 白 、 aL 一 D P PC 和 透 明质酸形成 的 吸 附膜仍 可 以 维持较低的 摩擦磨损 . 上 述分析 尚需要进一 步实 验工作的支持 . .n“” .下”洲“ ” ē .月”行 ō - 二 “ .卜“ 门曰ù .已卜“月” ` 肠门 : 圈 2 磷脂分 子双层 肠的切 面示 愈圈 lF g · 2 M u 翻加二血 r Up 阅o . e o f L a 一 D P P C 果意义 重 大 . 有人研究 了流体膜失效 的原 因 `, 2] 和弹流润 滑 与薄膜润 滑转化关 系 `, ” , 指 出流体 膜 的失效 点处 于 纳米级 , 而 弹流润 滑 与薄膜润 滑发 生转 变时 的膜 厚与 润滑剂 的表 观粘 度相 关 , 当润滑膜厚度小 于 15 lun 或 小于 26 lun (经 验理论值 ) 时 , 润滑规律则 已不 同于 弹流 润滑 ; 加人少 量极性添加剂所形成 的润滑膜可承受较 大 的载荷 , 即极 性添加物的 加人能提高流体膜 的承载能力 . 作者的实验结果表明 , 复合人 工滑 液 比纯粹 的 透明 质 酸 溶 液 的润 滑性 能更 为优 越 , 尤其 P vA 一 H 3/ 16 L .5 5 . 摩擦副的摩擦 系数几 乎减小一半 , , 4一 ’ 6J . 而添加剂物质并没有改变复合 人工滑液 的剪切稀化流变特性 , 相反 复合 人工 滑液的剪切粘度与纯粹的透明质酸溶液相 比还 有些下 降 `, 71 . 通常 , 人们认为滑液的流变性 质如 粘弹性对其润滑性能具有决定性影响 `, 】 . 本研究 通 过 A F M 对各类润滑液在材料表 面上形 成的 吸附膜 的观测 , 发现含丫一 球蛋 白 、 L a 一 D P P C 的 复合人工 滑液 的吸附膜 (平均 124 lun )远大 于纯 粹 的透 明质酸溶液 的成膜厚度 (小于 30 mn ) , 这 与 _ 匕述学 者的观点相近 . 3 16 L S . S . 表 面粗糙度 约 为 2 0 unI l6] , 通 常液膜润滑 的条件是膜厚 为表 面粗糙度 的 3 倍 . 因此 , 本实验结 果表 明 . 对于 3 16L s . s . 人 工 关节复合人工 滑液可 以提供 较好 的润滑功能 . 而人体软骨 的粗糙度为 2一 6帅 , 远 大于 所有可 能的吸附膜厚度 , 根据 D o w so n 的显 微 弹性 流体动压润滑理论(M ic or lE as ot hy dor dy - n a m i c L u b r i e a t i o n M e o h an i s m ) `” , , 软 骨承载后 , 其 表面 粗糙度的 每个微凸 体对软骨表面 的压力分 布有微小 的扰动作 用 , 并 因此抚平 了原始 的粗 糙度 . 由于 实验困难 , 动态 的 抚平 了 的软骨 粗糙 4 结 论 ( l) 透明质酸 时在材料 表面上 球形分 子结 构 . 、 Y一 球 蛋 白和 L a 一 D P PC 共存 A FM 图像具有大量 的清 晰椭 (2 )与透明质酸溶液成膜相 比 , 加入 y 一球 蛋 白和 比一 D P P C 的透明质酸溶液(复合人工滑液) 在材料表面上形成 的吸附膜具有更大 的厚度和 对 表面的亲附力 . (3 )复合人工滑液在材料表面形成具有大量 的清晰椭球形分子 的吸附膜将显著提高摩擦副 的边界润 滑能力 , 进而 从 整体 上 改善复合 人工 滑液的润滑性能 . 参 考 文 献 1 B i n n ig G , QU aet C F, G e br e r C h . Aot m i e F o代 e iM c or s e o P e [ J】 . Phy s eR v L . t , 19 8 6 , 5 6 : 9 3 0 . 2 顾 其胜 , 王 文斌 , 吴 萍 . 医用 透 明质酸钠 在临 床中的 应用综述 IJ] . 中国修复重建外科杂 志 , 19 98 . 12 (2) : 124 3 Saw ae .Y E跳e t o f Sy n o v i a Co n s ti ut e n t s o n F r ict i o n an d W七ar o f U lo a · h i沙 M o l e e u lar W 七ig h t Po ly e hyt l e n e 5 li di n g A g i n st P or s t h e t i e J o i n t M at e r i a l s [ J ] . W七’ar 1 99 8

Vol.24 No.1 馍路清等：复个人工汁液在：材料衣面战膜的AFM图像分析 37· 216:213 and y-globulin[J].Proc Instn Mech Engrs,1998,212,Part 4 Sawae Y,Murakami T.Effect of Serum Proteins on Fric- H:337 tion and Wear of Prothetic Joint Materials[C].[In:Pro- 12雏建斌，温诗铸，黄平，弹流润滑与薄膜润滑转化关 ceedings of ASIATRIB.1998.828 系的研究月.摩擦学学报，1999,19(1)：72 5 Ahlroos T.Saikko V.Wear of Prosthetic Joint Materials in 13刘姗，雒建斌，史兵，等.润滑分子特性对纳米级流休 Various Lubricants.Elsevier Wear.1997,211:113 膜失牧的影响1.清华大学学报（白然科学版）.2000， 6 Murakami T,Sawae Y.[In:Dowson D ed.The Adaptive 40(4):124 Multimode Lubrication in Knee Prostheses with Artificial 14虞路消，李久青，顿正秋，等.复合人滑液的正交设 Cartilage Dueing Walking.Elastohydrodynamics'96, 计1.北京科技人学学报，2001,23(5)：435 Elsevier Science B V,1997.371 I5虞路清，李久肯，件毅滋，等.添加La-DPPC和y-球 7 Ribitsch VO.Viscoelastic Behavior of Synovial Fluids 蛋白对透明质酸润滑性的影响儿.北京科技大学学 and Artificial ReplacementC.[In:Mow V C ed.Biome- 报，2001,23(2)：118 chanics of Diarthrodial Joints.New York:Spinger Verlag. 16虞路清，李久肯，高道，等，人：关节合成润滑剂的摩 1990.287 擦学性能研究C].见：2000年材料科学与工程新进展 8 Bai CL.Scanning Tunneling Microscope and Its Applica- (2000年中国材料研讨会论文集)（下）.北京：冶金 tions.Berlin:Speriger Verlag,1995 业出版社，2001.1140 9杨抚华.医学细胞生物学概论M,成都：四川科学技 I7虞路清，李久肯，白毅强，等.复合人滑液的流变性 术出版社，1985.24 能及润滑机制分析卫小.北京科技大学学报，2001,23 10 Murakami T,Higaki H.Adaptive Multimode Lubrication (4):332 in Natural Synovial Joints and Artificial Joints[J].Proc In- 18 Dowson D.Bio-tribology of Natural and Replacement stn Mech Engrs,1998,212,Part H:23 Synovial Joints[C].[In:Woo S L Y ed.Biomechanics of 11 Higaki H,Murakami T.The Lubricating Ability of Bio- Diarthrodial Joints.New York:Spinger Verlag,1990.305 membrane Models with Dipalitoyl Phosphatidylcholine Analysis of Atomic Force Microscope Images of Adsorbed Film on Material Sur- face Formed by the Compound Artificial Synovia YU Luqing".LU Yiqiang".LI Jiuging.GAO Jin Applied Science School,UST Beijing,Beijing 100083 2)Material Science and Engineering School,UIST Beijing.Beijing 100083,C'hina ABSTRACT In order to find the potential factors resulting in significant improvements in the lubricating be- havior of a compound artificial synovia,which was prepared by ourselves with hyaluronic acid mainly and some proteins and phospholipids,the technology of Atomic Force Microscope (AFM)was used to observe the appearance of adsorbed film on material surface formed by the compound artificial synovia.The results show that adsorbed film exhihits lots of clear elliptical molecules only with the coexistence of y-globulin,La -DPPC and Hyaluronic Acid(HA),which means this kind of artificial synovia has a high resistance to shearing action and a significant improvement in boundary lubrication. KEY WORDS artificial synovia:adsorbed film:AFM

V 6】 . 2 4 N O . l 虞 路清等 : 复合人 _ l _ 汾液在 材料 表面成膜 的 A FM 图像分析 . 3 , . 2 1 6 : 2 13 4 S a w a e Y, M u r ak a n 1 i T . E fe c t o f S e ur m P r o t e i n s o n F r i e - ti o n a n d We ar o f P r o th e ti e J o i n t M a t e ir a l s【C ] . I l n: ] P r o - e e e d i n g s o f A S IAT R IB , 199 8 . 8 2 8 5 A h l r o o s T, S a i k o V W七a r o f P r o s th e ti e j o i n t M a t e r i a l s i n Va r i o u s L u bir e an t s . E l s e v i e r W七a .r 1 9 97 , 2 11 : 11 3 6 M u ar k a m i T, S a w a e Y . l l n: I D o w s o n D e d . T h e Ad a Pti v e M u】ti m o d e L u bir c a ti o n i n K n e e P r o s th e s e s w i th A rt iif e i a l C a rt i l a g e D ue i n g W自】k i n g . E l a s t o h y dor dy n a m i c s , 9 6 , E I s e v i e r S e i e n e e B V, 19 9 7 . 3 7 1 7 Ri bi zs c h V 0 . Vi s e o e l a s ti e B e h a v i o r o f S y n o v i a l F1 u id s a n d A rt iif e i a l eR Pl a e e m c n t l C } . 【In : 1M o w V C e d . B i o m e - e h a n i c s o f D i art h or di a l j o i n t s . N e w y o r k : S Pi n g e r Ve r l a g , 】9 9 0 . 2 8 7 8 B a i C L . S e an i n g T u n n e li n g M i e r o s e o pe a nd It s A PPl i e a - t i o n s . B e r li n : S P e r ige r Ve r l a g , 19 9 5 9 杨抚 华 . 医 学 细胞 生物学概 论 IM ] . 成都 : 四 川科学 技 术 }I}版社 , 19 8 5 . 2 4 10 M u r a k a m i T, Higa ki H . Ad a Pti v e M u l t im od e L u b r i e a t i o n i n N a t u r a l S y n o v i a l J o i n t s a n d A rt iif e i a l j o i n t s [ Jl . P r o c ln - s tn M e e h E n grS , 19 9 8 , 2 1 2 , P a rt H : 2 3 1 1 H i g a ki H , M u ar k aJ 旧 1 T T h e L u b r i e a ti n g A bi li t y o f B i o - m e m b r an e M o d e l s w i t h D IPa li t o y l P h o s Ph a ti dy l e h o li n e an d y 一 g l o b u li n lJ ] . P r o c I n s t n M e e h E n g r s , 19 9 8 , 2 12 , Pa rt H : 33 7 12 摊建斌 , 温 诗铸 , 黄平 . 弹流 润滑 与薄膜润 滑转化 关 系的研 究 I J ] . 摩擦 学学报 , 一9 9 9 , 一9 ( 一) : 7 2 13 刘姗 , 锥建斌 , 史兵 , 等 . 润滑分 .t 特性对纳 米级 流休 膜 失效的影响 IJ . 清 华大学学报 ( 自然科学 版) . 2 0 0 , 40 ( 4) : 124 14 虞路清 , 李久 青 , 顾 正 秋 , 等 . 复 合人 l _ 滑液的正 交 设 i十I J】 . J匕京科 技 人宁 : · 半 :报 , 2 0 0 1 , 2 3 ( 5 ) : 4 3 5 15 虞路清 , 李 久青 , 鲁毅 强 , 等 . 添加 L 。 一 D P PC 和Y 一 球 蛋 白对 透明质 酸润滑 性的 影响 !1J 一比京科 技大 学学 报 . 2 0 0 1 , 2 3 ( 2 ) : 1 18 16 虞路清 , 李久 青 , 高谨 , 等 . 人 l _ 关 竹合成 润滑剂 的摩 擦学性 能研究 [jC . 见 : 2 0 0 年材料 科学 与 ! _ 程新 进展 ( 2 0 0 0 年 中闰材 料研 讨会论 文集 )( 卜) . 北 京 : 冶 金 一 f - 、 I卜出版社 , 2 0 0 1 . 1 14 0 ! 7 J烫路清 . 李久 青 , 各毅 强 , 等 , 义合人 l 一 滑液 的流 变性 能 及润 滑机制 分析 ljJ 一比京科技 大 学学报 . 2 0 ! , 23 ( 4 ) : 3 3 2 18 D o w s o n D . B i o 一 t r i b o l o g y o f N a t u r a l a n d Re P l a c e m c n t S y n o v i a l J o i n t s【C 』 . 【I n : 1Wo o 5 L Y e d . B i o m e e h a n i e s o f D i a rt h r o d i a l J o i n t s . N e w Yo r k : S Pi n g e r Ve r l a g , 19 9 0 . 3 0 5 A n a l y s i s o f A t o m i e F o r e e M i e r o s e o P e Im a g e s o f A d s o rb e d F i lm o n M a t e r i a l S u r - af c e F o r m e d b y t h e C o m P o u n d A rt iif e i a l S y n o v i a y U L qu i gn ,’ , L U 脚ia gn , ’ , LI iJ uq i耐 , , GA O jlt 户 l ) A p p li e d S e i e n e e s e h o o l . I Js l ’ I弓c ij i n g , H e ij i n g l 0() 0 8 3 2 ) M a t o r i a I s e i e n e c a n d E n g i n c e r i n g S e h o I , [ ,s 『 I ’ B c ij i n g , B o ij i ,1 9 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T I n o r d e r t o if n d t h e Po t e n t i a l fa e t o r s r e s u lt i n g i n s ig n iif e a n t im P ro v e m e n t s i n t h e l u b r i e a t i n g b e - h a v i o r o f a c o m P o u n d a rt iif c i a l s y n o v i a , w h i e h w a s P r e P a r e d b y o ur s e l v e s w it h h y a l u r o n i e a e id m a i n l y a n d s o m e P r o t e i n s a n d Ph o s Ph o li P i d s , t h e t e e h n o l o g y o f A t o m i c F o r e e M i e r o s c o P e ( A FM ) w a s u s e d t o o b s e vr e t h e a PP e ar an e e o f a d s o r b e d tl lm o n m a t e r i a l s u r af c e of rm e d b y t h e e o m P o u n d a rt iif e i a l s y n o v i a . T h e r e s u lt s s h o w t h a t a d s o r b e d if lm e x l l ib it s l o t s o f e l e a r e lliPt i e a l m o l e c u l e s o n ly w ith t h e c o e x i s t e n c e o f 丫 一 g l o b u li n , L a 一 D PP C a n d Hy a lur o n i e A c id ( H A ) , w h i e h m e a n s t h i s k i n d o f a rt iif e i a l s y n o v i a h a s a h ig h r e s i s t a n e e t o s h e a r i n g a e t i o n a n d a s ign iif e a n t im P r o v e 一e n t i n b o u n d a ry l 一b r i e a t i o n . K E Y W O R D S art iif c i a l s y n o v i a ; a d s o r b e d if lm : A F M