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超高分子量聚乙烯(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene. UHMWPE)以其优异的性质被用作于人工关节假体的组件材料之一,但磨损产生的磨屑,尤其是UHMWPE磨屑,易引起假体周围组织骨溶解并最终导致假体松动,成为限制人工关节假体使用寿命的最主要因素。目前延长人工髋关节使用寿命的主要措施包括提高UHMWPE的耐磨性、更换对磨副材料、药物防治骨溶解等,本课题组将抑制骨溶解的药物阿仑膦酸钠(Alendronate, ALN)加入UHMWPE内,前期研究显示加入0.22wt%的ALN在UHMWPE中没有团聚,分布均匀,且并不影响UHMWPE-ALN的力学及摩擦学性能。但与体内人工关节磨损所产生的磨屑类似的UHMWPE-ALN磨屑的制备及特征、载药浓度对UHMWPE-ALN磨屑的体外释放及体外细胞的影响尚不清楚,因此本实验制备了不同粒径和不同载药浓度UHMWPE磨屑、研究其对体外释放及体外细胞的影响。本文通过溶剂挥发法和热压成型法制备了UHMWPE、UHMWPE-0.5% ALN及UHMWPE-1.0% ALN,通过傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析和差示扫描量热法研究了ALN的热稳定性及其对UHMWPE结晶的影响。通过磨屑分级分别得到了<45μmm和45μm～75μm粒径范围的UHMWPE/UHMWPE-ALN磨屑,通过激光粒度分析仪、扫描电镜和血球计数法表征磨屑的粒径、形貌和数目,并采用茚三酮比色法研究不同载药浓度及不同粒径对UHMWPE-ALN磨屑体外释放的影响。应用磷酸盐缓冲液(PBS)挥发法实现了UHMWPE-ALN磨屑与细胞共培养。通过光学及扫描显微镜观察细胞形态,通过噻唑蓝(Methyl thiazolyl tetrazolium, MTT)法考察了载药磨屑对成骨细胞和巨噬细胞的增殖的影响,并通过测定碱性磷酸酶(Alkaline phosphase, ALP)活性考察了载药磨屑对成骨细胞分化的影响,通过酶联接免疫吸附剂测定(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)考察了载药磨屑对巨噬细胞的溶骨性细胞因子白介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的分泌功能的影响。红外光谱结果显示热压后ALN的红外特征峰没有发生变化,如：1230cm-1～1265cm-1处的P=O伸缩振动、1178cm-1处的C-O伸缩振动、1095cm-1处的C-N伸缩振动,由于在热压过程中失去了三个结晶水导致P=O空间效应的变化,导致P=O特征峰谱带的位移,C-O及C-N特征峰位置没有变化,说明ALN在热压前后保持了结构的稳定,但热压后UHMWPE在1720cm-1处出现了羰基峰,表明热压过程中UHMWPE发生了氧化反应。XRD结果表明,ALN加入并没有改变UHMWPE (110)和(200)晶面特征衍射峰的位置,也没有出现新的衍射峰,但衍射峰强度降低了,说明ALN并没有影响UHMWPE的晶体结构,但降低了UHMWPE的结晶度。DSC结果表明,ALN的加入导致UHMWPE的熔融热焓降低,并引起UHMWPE熔融峰向高温方向偏移,说明ALN加速了UHMWPE的结晶,并降低了UHMWPE的结晶度。激光粒度结果表明,分级后的磨屑平均体积粒径为36.98±1.88μm及66.7±2.61μm,粒径分布较为集中,最小粒径为5μm左右,与人体内磨屑的粒径尺寸有一定的差异。扫描电镜观察显示磨屑形态不规则,有块状、纤维状等,与人体内磨屑形态相似。UHMWPE-ALN磨屑体外释放分为突释阶段、快速释放阶段和缓慢释放阶段。突释阶段主要受磨屑粒径的影响,快速释放阶段主要受载药浓度的影响,缓慢释放阶段释放率趋于一致。UHMWPE-ALN磨屑在37℃的环境下浸泡100天后氧化度由1.29±0.014升至1.33±0.007,没有明显变化,说明UHMWPE没有氧化降解,ALN主要受UHMWPE的溶胀控制缓慢地扩散释放,最终粒径<45μm的UHMWPE-1.0% ALN UHMWPE-0.5% ALN磨屑药物释放率分别为63.90%、49.39%,粒径45μmm～75μm的UHMWPE-1.0% ALN、UHMWPE-0.5% ALN磨屑药物释放率分别为49.77%、38.76%,仍有一部分ALN包裹于UHMWPE磨屑的内部。巨噬细胞、成骨细胞与ALN、UHMWPE-ALN共培养结果显示,在一定浓度范围内(10-6～3×10-6mol/L)ALN可以抑制巨噬细胞的活性,增强成骨细胞的活性及碱性磷酸酶活性,但并不抑制TNF-α及IL-6的分泌。UHMWPE/UHMWPE-ALN磨屑粒径减小,可以降低成骨细胞的分化能力及巨噬细胞的活性,增加TNF-α的分泌。本论文通过试验制备了UHMWPE-ALN磨屑,ALN保持了化学结构的稳定,并能够从磨屑中释放出来作用于巨噬细胞和成骨细胞,具有潜在的抑制骨溶解的作用。但是磨屑尺寸与体内磨屑尺寸差距很大,为了更好地模拟体内磨屑的各种生物学反应,需要改进磨屑制备方法。