摘要：本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

摘要：生物在自然界的演化过程中进化出了许多独特的干湿摩擦、黏附器官来适应其生存环境。研究人员通过对自然界中典型摩擦与黏附现象的研究、认识和总结,提出了相应的仿生界面摩擦、黏附理论与模型,用于指导人工合成型智能摩擦黏附材料与器件。目前,仿生摩擦、黏附材料体系与器件的设计策略主要以表面微结构、界面物理化学相互作用以及机械形变为基础。但是,随着对生物摩擦黏附机理更加深入的了解,多策略耦合的设计理念逐渐成为主要研究方向。在此背景下,围绕表面微结构、界面物理化学修饰改性、机械形变调控的单一设计策略和多种耦合策略4部分,详细综述了近年来有关仿生摩擦黏附材料器件的最新研究进展,并分别针对单个与多策略耦合的设计理念以及其各自的优缺点进行了详细分析,阐述了这些材料与器件的创新设计原理、界面黏附性能、潜在性应用前景以及存在的问题。最后,对仿生摩擦、黏附材料与器件的未来发展方向进行了展望。该综述对表面工程、生物医学、微电子等领域的研究具有一定的指导意义。

摘要：聚乙烯醇(PVA)水凝胶因其具有良好的机械性能和生物相容性被视为理想的软骨替代材料,但其单一结构难以满足实际应用复杂工况的需求.关节软骨是覆盖在关节骨端表面的结缔组织,独特的层状结构及表面状态使其具有优异的润滑功能.受关节软骨复合结构及其润滑机制启发,本文中基于界面分子链渗透互穿和多次溶剂交换的方法,制备出具有优异机械性能和润滑性能的仿生层状PVA水凝胶.首先将PVA溶解于二甲基亚砜(DMSO)中获得不同质量分数的溶液,高质量分数溶液用于制备承载基底.随后向低质量分数PVA溶液中加入多糖润滑物质(羧甲基壳聚糖,CMCS),原位浇筑到承载基底表面以构建润滑层,通过多次溶剂交换实现层状凝胶整体结构强韧化.通过调控溶剂交换时间和CMCS添加量实现仿生层状PVA水凝胶的机械性能和润滑性能的优化,明确表面模量与摩擦性能之间的关系.与具有单一网络结构的PVA水凝胶相比,该仿生层状水凝胶具有更低的摩擦系数,摩擦系数在长时间测试(往复循环36000次)中保持稳定(摩擦系数<0.05),研究结果为设计PVA基水凝胶润滑材料提供了新的思路.

摘要：食品在口腔加工的过程被认为涉及流变学和摩擦学机制,而口腔摩擦则被认为是口腔质构感知产生的一个重要机理,用来描述舌头与口腔上颚、舌头与食品之间相对运动以及由此产生的触觉感受.本文中综述了近年来食品口腔加工领域的摩擦学研究进展,包括摩擦学测量技术与方法、体内口腔摩擦和感官知觉之间的联系等.相关研究表明,摩擦学测量为几种与质构相关的感知提供了理论依据,但获得两者之间的量化经验关系仍然很有挑战性;同时,由于摩擦学和感官感知受到多种物理化学性质的影响,因此必须将摩擦学和其他表征技术相结合用以解释两者的相互关系及机制,从而促进食品口腔加工摩擦学的持续和深入发展,并为高品质食物和饮料的研究和设计提供重要工具和理论支撑.

摘要：对患有严重关节疾病的患者进行人工关节置换手术,是临床上有效的治疗方案。现有的人工关节及仿生软骨制作材料主要以金属、陶瓷、聚合物材料及强韧水凝胶等为主,然而在苛刻的关节负载摩擦剪切环境下,上述材料均面临着一个共性技术问题——表面磨损严重,进而影响其使用寿命。因此,利用表面改性技术和仿生学材料设计理念,制备具有“低摩擦-高承载-长耐磨”功能一体化的新型人工关节具有重要的实际意义和工程价值。首先总结了金属、陶瓷、聚合物基硬质人工关节材料的研究和发展历程,并阐述了不同表面改性技术在提升硬质人工关节材料表面润滑和抗磨性能方面的优势。进一步,详细介绍了近年来以水凝胶基材料为代表的新型仿生关节软骨润滑材料的最新研究进展,具体包括高性能本体水凝胶与水凝胶软骨材料的表面改性,从承载和抗磨角度,强调了仿生层状结构化水凝胶材料作为新型关节软骨替代物的潜在优势。此外,结合国际上生物润滑领域最新动态,系统概述了在天然骨组织和硬质人工关节材料表面键合水凝胶润滑涂层这一新兴研究方向。最后,从材料仿生学设计和表面水润滑改性两方面,提出了新型人工关节材料未来的研究重点和发展方向。