中文摘要：

关节软骨是天然关节能否行使正常功能的关键。关节的磨损是导致关节失效的重要原因，也是影响人工关节中长期置换质量的制约性因素。运用新的设计理念及方法，研究新型的关节材料及其抗磨损技术，并逐步提高关节的生理学功能是当前人工关节研究面临的重要课题。本项目以关节软骨为对象进行仿生研究，设计、制备可用于新型人工关节的微孔抗磨损聚合物薄层材料，探索关节软骨的仿生设计及其制造过程中的科学技术问题。通过设计、制造新型的仿生软骨层，减小关节面接触应力，促进薄膜流体润滑，降低摩擦、磨损，提高关节的使用寿命。主要研究仿生软骨层的设计、制造及性能改进，重点解决仿生软骨层与高密度聚乙烯的连接问题，并对关节仿生过程中的材料与界面科学问题进行探索；建立并完善基于关节软骨的"软垫轴承"模型，并将之应用于摩擦学，丰富和发展摩擦学设计理论。预期该项研究将会促进新型人工关节的仿生设计与制造，推动学科交叉、融合与知识集成。

结论摘要：

关节软骨在天然关节中发挥着举足轻重的作用，关节软骨的损伤和缺失是影响关节置换／修复成败的关键，目前还没有一种理想的关节软骨材料应用于临床。本项目从一种创新的仿生学的角度，总结和剖析天然关节软骨的本体特征，提出多个宏观和微观层次的仿生设计原则，建立了具有多个仿生特征的关节软骨仿生设计模型。首次提出关节软骨仿生工程的概念，并进行较为全面的关节软骨仿生基础理论研究。结合材料、制造、表面改性与处理等技术，构建了具有"多孔可渗透软垫层" 、"梯度功能"、"生物连接"、"强韧性耐磨表面"等仿生特征的超高分子量聚乙烯基仿生关节软骨层；以及聚乙烯醇水凝胶基、具有多重仿生特征和优异摩擦学性能的纳米复合材料软骨层。第一次较全面研究了交联方法、复合方法等对PVA-H/HA复合水凝胶性能的影响，获得了性能优异的PVA-H/HA水凝胶软骨层。并对软弹性聚合物材料的摩擦、磨损与润滑机理进行了深入研究与探讨。比较了相同条件下两种软骨材料PVA-H/HA和多孔UHMWPE的摩擦学性能。基于获得的结果，通过合理的工艺设计和优化，为获得具有实用化的关节软骨层奠定了基础，为实现关节软骨个性化定制及其制造提供了依据。