D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.05.013 第23卷第5期 北京科技大学学报 Vol.23 No.5 2001年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct2001 复合人工滑液的正交设计 虞路清”李久青》顾正秋》张蓓) 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 摘要利用正交实验设计配制由透明质酸HA,La-DPPC磷脂和y球蛋白3种成分构成的复 合人工滑液，在PVA-H/PVA-H,PVA-H/316LSS两类人工关节摩擦副上，利用自制振子式摩擦 仪测定其摩擦学参数，初步确定出复合人工滑液中3种成分的适宜配比 关键词透明质酸；复合人工滑液：正交实验设计 分类号0632.21 透明质酸(Hyaluronic Acid,HA)具有许多重 磷脂酰基胆碱)是滑液及软骨表面的主要磷脂 要的物理特性，如高度粘弹性、可塑性、渗透性 成分，“球蛋白为大分子量球蛋白，均能显著改 和独特的流变性质以及良好的生物相容性，HA 善透明质酸对人工关节的润滑. 已广泛临床应用于关节腔内注射治疗骨关节 试验摩擦副选用316L不锈钢和聚乙烯醇 病，也是人工关节润滑剂的首选材料四大多数 水凝胶(PVA-H)2种人工关节材料，构成316L 的硬质人工关节处于混合润滑状态，即在苛刻 SS/PVA-H和PVA-H/PVA-H两类摩擦副，并采 的的运动条件下不仅有流体动压润滑，还存在 用小牛血清（体积分数30%）为参照润滑剂.小 着其他的润滑模式2，近期研究表明，在人工滑 牛血清与天然滑液具有相似的组分，试验期间 液中（以透明质酸为主要成分）添加某些天然滑 必要时加入叠氮化钠防腐剂. 液的组分物质如La-DPPC磷脂和球蛋白，均 1.2正交实验设计 能显著改善摩擦副的摩擦学性能，人们归因 以透明质酸、y球蛋白和La-DPPC磷脂作 于混合溶液可能在摩擦副接触表面上形成了类 为影响人工滑液润滑性能的主要因素，并参照 似生物膜结构的磷脂膜，从而增强了人工滑液 生物膜中磷脂和球蛋白的含量对各组分分别设 的边界润滑作用网.本研究通过正交实验设计方 定5个试验浓度，利用L2s(5)正交表安排三因 法系统考察了不同组成的人工滑液在人工软骨 素、五水平的试验.在每种摩擦副和载荷状态 摩擦副上的摩擦学行为，并确定出HA、La- 下，均需要进行25次试验，以确定出复合人工 DPPC磷脂和球蛋白3种成分的适宜配比，为 滑液的各组分适宜配比，同时分析各个组分对 复合人工滑液的研制提供实验基础. 润滑性能的影响.表1中各组分的试验浓度是 按随机顺序安排的. 1试验 表1试验设计因素与五水平表 Table 1 Factors and levels of orthogonal test design 1.1材料与试剂 组分浓度 12345 用商品级的透明质酸钠（相对分子质量1~2 透明质酸/gdL 1.51.00.30.10.5 ×10°，山东福瑞达精细化工有限公司制)以质量 r球蛋白gdL10.33.02.00.51.0 分数0.9%的生理盐水配制成溶液，再在其中添 La-DPPC磷脂gdL0.0300.0010.1500.0100.100 加r球蛋白和La-DPPC磷脂（均为美国SIGMA 自行研制的振子式摩擦仪（图1）不但可测 公司试剂产品)混合制成复合人工滑液.据报道 DPPC(Dipalmitoyl Phosphatidylcholine,二棕搁酰 量软垫材料与不锈钢等刚性材料间的摩擦系 数，也可测定软垫/软垫摩擦副间的摩擦系数. 收稿日期2000-11-29 赏路清男，26岁，顾士 根据振子摆幅衰减原理，单摆在自由摆动时如 *国家自然科学基金资助课题No.990413651) 没有受任何阻力，其振幅大小将恒定.忽略空气第 23 卷 第 5 期 2 00 1年 一0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u rn a l o f U . vi e” ity o f SC ie n e e a n d . n c h . o l o gy B e ji ni g 、 b l . 23 N 0 . 5 o e t 2 0 0 1 复合人工滑液的正交设计 虞路 清 ” 李久青 ” 顾正秋 2 , 张 蓓 ” )北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 利用 正交 实验设 计配制由透明质 酸 H A 、 L a - D P P C 磷脂 和卜球蛋 白 3 种 成分 构成 的复 合人工滑 液 , 在 P vA 刁刃P vA 一 , P vA es 柑3 1 6L 5 5 两类人 工关节摩擦副上 , 利用 自制振 子式摩 擦 仪测 定 其摩擦学参数 , 初 步确定 出复 合人 工滑液 中 3 种 成分的适宜配 比 . 关 健词 透 明质酸 ; 复 合人 工滑 液; 正 交实验设计 分 类号 0 63 2 . 2 1 透 明质酸 ( H y a lur o n i e A e id , H A )具有许 多重 要的物理特性 , 如高度粘 弹性 、 可 塑 性 、 渗 透性 和 独特 的流变性质 以及 良好的生 物相容性 , H A 已广 泛 临床应 用 于关 节 腔 内注射 治疗骨 关 节 病 , 也是 人工关节润滑剂 的首选 材料 `, ’ . 大 多数 的硬质人 工关节处于 混合 润 滑状态 , 即在 苛刻 的的运 动条件下不仅有流体 动压润滑 , 还 存在 着其他的润滑模式.f23 , . 近期研究表 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 L a - D P P C 磷脂 和卜球蛋 白 , 均 能显著 改善摩擦副 的摩擦学性 能 `例 , 人们 归因 于混合溶液可 能在摩擦 副接触表 面上 形成 了类 似生物膜 结构的磷脂膜 , 从而增强 了人 工 滑液 的边界润 滑作 用 【刀 . 本研 究通过正交实验设计方 法系统考察 了不同组成 的人 工滑液在人工软骨 摩擦 副上 的摩擦 学行 为 , 并 确定 出 H A 、 L a - D P P C 磷 脂和 卜球蛋 白 3 种成分 的适宜配 比 , 为 复合人 工滑液的研制提供 实验 基础 . 1 试验 L l 材料与试剂 用 商品 级的透明质 酸钠 (相对分子质量 1一2 K 106 , 山东福瑞 达精 细化工有 限公 司 制) 以质量 分数 .0 9 % 的生理盐水配 制成溶液 , 再在其 中添 加卜球蛋 白和 L 仅 - D P P C 磷脂 (均 为美 国 sI G M A 公司试 剂产品 )混合制成复合人工滑液 . 据报道 D P P C (D IPa ln it o y l P h o s hP iat dy l e h o lin e , 二棕搁酞 收稿 日期 2 0 仁n 一9 虞路清 男 , 26 岁 , 硕士 * 国家 自然 科学基金资助课题(N .0 9 9 0 4 13 6 51 ) 磷脂 酞基胆碱 ) 是滑 液及软骨表 面 的主要磷 脂 成分 , 卜球 蛋 白为大分子量球蛋 白 , 均能显著改 善透明质酸对人 工关 节的润滑 . 试 验摩擦副选 用 3 16 L 不锈钢和 聚乙烯 醇 水凝胶 ( PV A- H )lt[ 2 种人工关节材料 , 构成 3 16 L 5 5 尼VA 一 H 和 PV A - H爪V A - H 两类 摩擦副 , 并采 用 小牛 血清 ( 体积分数 3 0% )为参照润滑剂 . 小 牛血清与天然滑液具 有相似的组分 , 试 验期间 必要时加人叠氮 化钠 防腐剂 . 1 . 2 正交实验设计 以 透明质酸 、 卜球 蛋 白和 L a - D PP C 磷 脂作 为影响人工滑液 润滑性能 的主要 因素 , 并参照 生物膜 中磷脂和球蛋 白的含量对各组分分别设 定 5 个 试验浓度 , 利用 L Z , (约 正 交表安 排三 因 素 、 五水平 的试验 . 在每种摩擦 副和载荷状态 下 , 均需要进行 25 次 试验 , 以确定 出复合 人工 滑液的各组分适 宜配 比 , 同时分 析各个 组分对 润滑性能 的影 响 . 表 1 中各组分 的试验 浓度是 按随机顺序安排 的 . 表 1 试验设计因索与 五水 平裹 aT b le 1 aF e t o ” a n d vle e is o f o rt h o g o . a l t es t d es ig . 组分浓度 1 2 3 4 5 透 明质酸 /g · dL 一 , 1 . 5 一0 0 . 3 0 . 1 0 . 5 卜球蛋白g/ · dL 一 , .0 3 .3 0 .2 0 .0 5 1 . 0 L 口- D p p C 磷脂g/ · d L 一 ’ 0 . 0 3 0 0 . 0 0 1 0 . 15 0 0 . 0 一0 0 . 10 0 自行研 制的振子式摩擦仪 ( 图 l) 不 但可测 量 软垫 材料 与不 锈钢 等 刚性材 料 间 的摩 擦 系 数 , 也 可测定软垫 /软 垫摩擦副间 的摩擦 系数 . 根据振 子摆 幅衰减原理 , 单 摆在 自由摆动时如 没有受任何 阻力 , 其振幅大小将恒定 . 忽略空 气 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 05. 013