人工关节置换术，特别是髋关节和膝关节置换术，已成为治疗关节严重病变的重要手段，其10年成功率已超过90％，被誉为20世纪骨科发展史中重要里程碑之一。我国已于2002年加入“骨与关节十年”行动。大量的调查表明，随着医学的发展，人工关节置换技术的成熟，新材料的涌现，越来越多的骨性关节病患者接受了此项治疗技术，它使过去只能依赖拐杖行走，且术后关节功能均恢复良好，生活质量有了明显改善，使一些晚期关节严重破坏的类风湿关节炎及骨性关节炎患者有了希望。 对于人工髋关节而言，摩擦磨损问题与关节失稳成为其发展的主要问题，两者的成因相互联系，解决失位的主要手段为增加人工髋关节的尺寸，即增大股骨球与杯臼的尺寸，但这又会加剧人工关节摩擦副磨损，从而产生相互制约的矛盾。目前，国内外的产业界和学术界在减少人工关节摩擦磨损方面做了相当多的研究，其中主要集中于新材料的开发、表面改性、抗磨损镀膜技术及仿生滑液的设计方法等。 本研究中，主要涵盖了多功能摩擦实验机-SHU-MFS的研制；不同尺寸人工髋关节股骨球力学、运动学及摩擦学性能研究；人工复合滑液润滑机理研究三个部分工作。 为了能够尽可能真实模拟人工髋关节在植入人体后的摩擦磨损行为，在多功能摩擦实验机-SHU-MFS的研制中重点考虑了特殊性与通用性的结合。通过更换支架，实现髋关节摩擦实验机与销盘型实验机的转换，实现了两者的一体化设计，换而言之，既可以模拟人体步态行为，进行人工髋关节体外摩擦磨损实验，而且也可以完成一般摩擦学实验，提供了一种更精确且更经济的磨损实验方法。通过机械学的分析研究发现，其运动形态、模拟步态，受力曲线均符合对人体髋关节的运动重现的要求，进一步摩擦学实验证明，实验中杯臼的临床磨损率大小为0.034 mm/year，结果接近于近期临床磨损率，且实验机具有较好的重复性与可靠性。 其次，研究中主要针对人工髋关节现阶段主要问题，即增大关节尺寸与减少关节磨损方面进行了研究分析。借助于计算机建模与有限元理论分别对不同直径大小的人工髋关节进行了力学与活动性能评价与分析，同时结合了相应人工髋关节的摩擦学性能，系统性的评价了UHMWPE-CoCrMo配合的人工髋关节合理尺寸范围。研究发现，单独考虑优良的力学特性或活动范围因素，可以得到股骨头的理想直径范围在36mm-52mm或40mm-48mm之间，综合考虑三个因素后，推断得出理想的人工髋关节尺寸在38mm-42mm范围内。此外，课题组将基于人工髋关节性能综合研究平台进一步加入润滑状态、人工滑液、新型生物材料等因素进行深入研究。 在新型的复合滑液的摩擦学性能研究中发现，复合滑液能够有效的润滑CoCrMo与UHMWPE为摩擦副的人工关节，在其润滑下人工关节的磨损量是几种测试滑液中最低的。通过对滑液膜厚的计算，发现其膜厚比1<1，故在实验中并未发现弹流润滑状态，因而复合滑液高性能的良好的润滑性能不能归于此原因。在同样润滑状态下，复合滑液中人工关节的磨粒最小且磨损最少，这也证明了其优良的润滑性能。其次，在复合滑液中的杯臼表面发现了蛋白质自组装薄膜，改善了人工关节摩擦副的工作条件，避免了材料转移现象的发生，也是提高复合滑液润滑表现的一个重要原因。此外，在实验中意外发现，加入阿伦磷酸钠的复合滑液B中磨粒大小得到控制。对复合滑液的生物相容性实验证实复合滑液未有不良反应。