人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑特征及细胞毒性研究

磨屑引起的假体无菌性松动已成为影响人工关节寿命的主要因素. 基于UHMWPE (超高分子量聚乙烯)胫骨衬垫与CoCrMo合金股骨髁配副人工膝关节，按照ISO 14243标准完成了500万次体外磨损试验，获得了每间隔100万次磨损周期的磨损润滑液，利用酸处理法分离UHMWPE磨屑，并基于扫描电子显微镜(SEM)照片开展了磨屑数量、形状和分布特征的定量表征. 结果表明：在形状方面，颗粒状磨屑数量占比可达62%，其次为占比12%的球状磨屑，片状、纤维状和杆状等类型磨屑则较少. 磨损过程中纳米级磨屑数量占比始终在30%以上，且随着磨损周期增加，纳米级磨屑占比逐渐增加，最高可达80%以上，但总的磨屑数量呈先增多后减少趋势. 此外，探究了不同尺寸和浓度的UHMWPE磨屑对小鼠成纤维细胞毒性的影响，结果表明：纳米级磨屑细胞毒性最强，随着磨屑尺寸从5 μm增至25 μm，细胞毒性逐渐减小. 在UHMWPE磨屑浓度为0.1~2.5 mg/mL的范围内，细胞毒性基本遵循磨屑浓度越大毒性越强的规律. 因此，人工膝关节不同体外磨损周期的UHMWPE磨屑具有不同数量、尺寸、形状和分布等特征，且磨屑尺寸和磨屑浓度等特性对细胞毒性有较大的影响.