仿生多尺度表面构筑与生物润滑机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51575278
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The replacement joints is ofen in the poor lubrication condition. Wear particles generated from the process of insufficient lubrication in human body especially for the polymer is a major cause for the failure of artificial joints, which lead to osteolysis and aseptic loosening. The cartilage as a bearing material has the porous structure. Meanwhile, the superficial zone of cartilage is thought to contain charged macromolecules—proteoglycans, which are glycosolated and bound to hyaluronic acid to form a brush-like layer. This layer plays an important role in water absorption and improves the lubrication properties of articular cartilage. It has been suggested that similar synthetic brushes on artificial joint may also lead to low friction. Therefore, in order to prolong the service life of artificial joints and ensure a successful artificial joint replacement, it is necessary to modify the artificial joint by mimicking the surface characteristics of natural cartilage. Based on the hydrodynamic lubrication theory, the porous array texture on the artificial joint bearing surface was prepared and then zwitterionic electrolyte brushes were grafted on the surface of texture. The bionic multiscale structure surface is constructed. Combining the fluid hydrodynamic lubrication of microporous texture, the hydration layer lubrication of polar polymer brush, the super lubrication and super wear resistant are achieved. The biocompatibility is also improved at the same time. The effects of interaction of lubrication components and grafted electrolyte brush with lubrication components on the lubrication behavior will be investigated. At the same time, the synergism effects of lubrication components with grafted electrolyte brush will be studied. The molecular lubrication mechanism is also be Researched. Also, the biocompatibility of bionic multiscale surface is studied. The wear test is carried out using the joint simulator. The study would provide the theoretical and technical support for the application of the bionic surface in artificial joint and other implants.
置换关节常处在不良润滑状态,润滑不足产生的大量磨屑是导致人工关节无菌松动和晚期失效的主要因素。本研究模仿天然关节软骨表层多孔和浅表层滑膜腔电解质刷的结构与润滑功能,基于流体润滑理论在关节承载表面制备多孔阵列织构,在织构表面接枝两性离子电解质刷,构筑具有自愈合功能的仿生多尺度结构表面。利用微孔织构产生的流体动压润滑、极性刷产生水合层润滑和生物电解质润滑组分在接枝电解质刷表面形成的自组装膜润滑的协同作用,实现超润滑和耐磨功能,同时也改善生物相容性。研究滑液与接枝电解质刷之间的相互作用对润滑行为的影响和它们的润滑协同效应,研究分子润滑机理。研究仿生多尺度表面的生物相容性。研究仿生多尺度表面的生物摩擦学行为与配副关系。在关节模拟器上进行试验考核。为仿生表面在人工关节等植入物上的应用奠定基础。

结项摘要

置换关节常处在不良润滑状态,润滑不足产生的大量磨屑是导致人工关节无菌松动和晚期失效的主要因素。天然关节软骨不含血管,损伤后几乎没有自修复能力,但其使用寿命平均达70年之久,远高于目前人工关节的使用寿命(10-15年),与其超润滑能力密切相关。本研究模仿天然关节软骨表层多孔和浅表层滑膜腔电解质刷的结构与润滑功能,分别以UHMWPE、钛合金及PEEK等为人工关节摩擦副,在其表面构筑多孔与接枝聚合物刷仿生结构,利用微孔的流体动压润滑与聚合物刷水合层润滑的协同效应,实现了接近天然关节软骨的润滑性能,摩擦系数低于0.03,并保持了长期稳定性,同时显著提高了耐磨性。为实现具有天然关节的缓冲减振、超润滑及耐磨功能的新型仿生人工关节的设计、制备提供了理论基础和技术支撑。项目期间申请发明专利14件,其中获发明授权3件;发表SCI论文22篇;编著出版《生物材料与组织工程》1本;获江苏省科学技术(自然)三等奖1项;培养博士毕业研究生6名,硕士毕业研究生5名。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(14)
In situ repair of graphene defects and enhancement of its reinforcement effect in polyvinyl alcohol hydrogels
聚乙烯醇水凝胶中石墨烯缺陷的原位修复及其增强效果
  • DOI:
    10.1039/c6ra24949c
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    RSC ADVANCES
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Shi, Yan;Xiong, Dangsheng;Wang, Nan
  • 通讯作者:
    Wang, Nan
Mechanically robust superhydrophobic coating for aeronautical composite against ice accretion and ice adhesion
用于航空复合材料的机械坚固的超疏水涂层,可防止积冰和冰粘附
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2019.107267
  • 发表时间:
    2019-11-01
  • 期刊:
    COMPOSITES PART B-ENGINEERING
  • 影响因子:
    13.1
  • 作者:
    Tong, Wei;Xiong, Dangsheng;Zhou, Huangjie
  • 通讯作者:
    Zhou, Huangjie
Semi-degradable porous poly (vinyl alcohol) hydrogel scaffold for cartilage repair: Evaluation of the initial and cell-cultured tribological properties
用于软骨修复的半可降解多孔聚(乙烯醇)水凝胶支架:初始和细胞培养摩擦学特性的评估
  • DOI:
    10.1016/j.jmbbm.2017.02.001
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF BIOMEDICAL MATERIALS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Cao, Yi;Xiong, Dangsheng;Niu, Yuxiang
  • 通讯作者:
    Niu, Yuxiang
Designing durable and flexible superhydrophobic coatings and its application in oil purification
耐用柔性超疏水涂层的设计及其在油品净化中的应用
  • DOI:
    10.1039/c6ta00170j
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Wang, Nan;Lu, Yao;Parkin, Ivan P.
  • 通讯作者:
    Parkin, Ivan P.
In Situ Reduction of Graphene Oxide Nanosheets in Poly(vinyl alcohol) Hydrogel by γ-Ray Irradiation and Its Influence on Mechanical and Tribological Properties
伽马射线辐照原位还原聚乙烯醇水凝胶中的氧化石墨烯纳米片及其对机械和摩擦学性能的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.6b05948
  • 发表时间:
    2016-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Shi, Yan;Xiong, Dangsheng;Wang, Nan
  • 通讯作者:
    Wang, Nan

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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    郭亭
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    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    王楠;韩贞毅;曹学成;傅嘉琳;陈阳;熊党生
  • 通讯作者:
    熊党生
Ti6Al4V表面Al_2O_3/MoS_2涂层的阴极等离子电解沉积及性能
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    10.13289/j.issn.1009-6264.2016.02.028
  • 发表时间:
    2016
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  • 作者:
    杨凯;黄洁雯;樊新民;熊党生
  • 通讯作者:
    熊党生
三相悬浮液中SiO_2粒子的表面吸附特性
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘君;熊党生
  • 通讯作者:
    熊党生

其他文献

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熊党生的其他基金

自润滑、自修复关节软骨和承载表面仿生构筑与生物摩擦学特性
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剪切增稠柔性防护材料及其动态力学行为研究
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    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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