磨損和腐蝕是人工關節(jié)金屬組件在服役過程中產(chǎn)生臨床并發(fā)癥（過敏、疼痛、假瘤等）的兩個主要原因。研究者們通常在金屬關節(jié)摩擦副表面沉積薄膜以提高人工關節(jié)金屬組件的耐磨性和耐腐蝕性，比如在金屬關節(jié)頭表面沉積類金剛石薄膜（DLC）、氮化物陶瓷薄膜（TiN）等。實驗結果表明，通過表面沉積耐磨涂層可以顯著改善金屬關節(jié)假體的耐磨性以及耐腐蝕性。

通過TiN薄膜改性的人工膝關節(jié)、髖關節(jié)已經(jīng)成功應用于臨床。但是，該類型人工關節(jié)在體內服役時，仍然會面臨磨損的風險，一旦金屬關節(jié)表面改性層被磨損完畢，金屬基體便會失去保護，產(chǎn)生金屬磨屑以及金屬離子，進而誘發(fā)一系列副作用。

西南交通大學冷永祥教授、海南大學文峰教授團隊通過對自然觀察得到啟發(fā)，提出“體內磨損自潤滑”概念，有望進一步延長薄膜在體內的服役壽命。通過在金屬人工關節(jié)摩擦副表面沉積具有“主動減磨及磨損修復”功能的薄膜（本研究以TiNX-Cu為例），促使金屬關節(jié)摩擦界面盡快形成類石墨碳潤滑層，對關節(jié)假體起到良好的潤滑作用，其摩擦磨損機理圖如圖1所示：當TiNX-Cu薄膜改性的關節(jié)在具有蛋白質的環(huán)境中服役時，通過摩擦磨損釋放的金屬Cu離子可以和周圍的蛋白質分子結合并促使周圍的蛋白質吸附到摩擦界面形成一層蛋白膜；形成的蛋白膜能在摩擦副剪切力和Cu元素催化的共同作用下轉化成類石墨碳潤滑層對摩擦副進行潤滑作用。

論文研究成果可應用于體內運動部件的材料學設計，研究工作得到了國家自然科學基金（52072312）以及海南省自然科學基金（520QN225）的支持。相關成果以“Metal-driven autoantifriction function of artificial hip joint”為題發(fā)表于《Advanced Science》。文章第一作者為西南交通大學醫(yī)學院（生物醫(yī)學工程研究院）博士、海南大學材料學院鄧喬元副研究員。

圖1類石墨碳潤滑層形成示意圖

圖2摩擦磨損完畢后磨斑和磨痕拉曼檢測（a）磨斑和磨痕產(chǎn)生的示意圖；（b）氧化鋁球頭磨斑處拉曼檢測結果；（c）磨痕內部拉曼檢測結果

圖3氨基酸分子在Cu表面共價結合及分解

研究團隊首次提出“體內磨損自潤滑”概念，為新型關節(jié)表面耐磨涂層的設計和制備提出了新的思路。

審核編輯：劉清