摩擦学--生物摩擦学.pdf

生物摩擦学目录 CONTENTS01概述02生物摩擦学实例 表皮系统摩擦 皮肤摩擦 人工关节摩擦 口腔生物摩擦03展望概述生物体在进化过程中，为了适应生存环境，形成了许多优异的生物摩擦学特性，如关节 液对关节的运动起到了润滑的作用;牙齿表面的釉质具有良好的耐磨性;荷叶的自清洁功能使 其“出淤泥而不染”；土壤类动物表面分泌的特殊液体，可以减小其在土壤中的运动阻力；贝 类生物的外壳具有杰出的力学性能等等。这些生物特有的优异摩擦学特性引起了人们极大的 研究兴趣，生物摩擦学作为摩擦学的一个重要分支，其研究对象正在从宏观向微观、从人体 向其它生物体迅速扩展。荷叶的 自清洁效应关节接触应力概述摩擦学发展的特点是与其他学科相互交差,从而形成新的学科；而生物摩擦学是摩擦学 与生物力学、生物化学、材料学、医学等学科交差形成的一个的学科,20世纪70年代由 Downson提出了生物摩擦学的概念,并指出它的研究内容是与生物系统有关的所有摩擦学问题。生物摩擦学的研究内容分为动物仿生摩擦学和人体生物摩擦学。滑液关节人体 II属他生物体一 I皮 肤头 嗖眼 晌昆虫爬行动物 土墩动物 水生动物概述仿生摩擦学的研究仿生摩擦学的基本思想是以具有优异摩擦学特性的天然生物体的结构、材料、性状、原理行为以及相互作用为创造源泉，通过对天然生物系统的模拟进而完善摩擦学技术系 统或研制摩擦学新材料。随着生物摩擦学研究的深入，以及医学、生物技术、材料科学的 快速发展，各领域对仿生学原理的利用变得普遍。借鉴几何、物理、材料及控制等生物系统的成功经验和创成规律。人们将天然生物 系统的优异摩擦学特性进行移植和模仿，发展和提升工程摩擦副的摩擦学性能。研究生 物的减摩、抗黏附、增摩、抗磨损及高效润滑机理；概述仿生摩擦学应用(1)仿生减摩及脱附。荷叶表面结构的“自清洁效应”；模仿鲨 鱼皮鳞片肋条结构设计摩擦阻力的表面结构;模 仿土壤动物体表的非光滑形态设计机械部件,可 有效降低土壤与触土部件之间的粘附力,提高地 面机械的作业效率，降低能耗。(2)仿生增摩及吸附。模仿昆虫脚部的吸盘、倒刺结构,帮助制 备运动机器人的脚掌，使其在任意表面快速稳定 地运动。概述仿生摩擦学应用(3)仿生耐磨材料。如模仿蜕螂、蟋蛀等非光滑体表形态设计的仿生非光滑制动盘(毂)和制动闸片等 具有良好的耐磨性能;模仿蚯蚓体表的背孔结构设计的通孔型仿生非光滑表面可提高部 件的耐磨性;模拟蜥蜴非光滑表皮结构制成的圆形凹坑型表面具有良好耐冲蚀磨损特性。(4)仿生润滑。如根据天然生物关节润滑机理开发的新型人工关节仿生润滑系统。基于蚯蚓体表 润滑特性制备的仿生通孔型试件具有良好的润湿性。尤其是基于人体汗腺的特殊结构 和排汗原理，开发的高温发汗自润滑材料在极限高温重载工况下具有良好的润滑功能。概述人体摩擦学研究人体系统内部器官和外部表皮组织特有的生物摩擦学性能，认识其摩擦、磨 损和润滑机理，掌握生物体适应摩擦学的行为规律。对生物系统外部表皮组织的研究最初主要集中于人体的皮肤、头发和眼睛。通过 研究头发的表面形态以及摩擦性，为研制优质洗发水、护发素奠定摩擦学基础。而研 究眼睛的生物摩擦学行为对研制低摩擦系数、具有生物舒适性的隐形眼镜具有借鉴意 义。当前国内外的生物摩擦学的研究多为人体摩擦方面,主要集中在人工器官的研究 方面,尤其是人工关节,人工心脏辅助装置研制和应用方面。概述人工心脏辅助装置内摩擦存在的方式主要包括以下 几种：(1)往复运动部件之间的机械摩擦。(2)支撑叶轮旋转的轴承之间的机械摩擦。(3)血液对心脏辅助装置的冲击磨蚀。(4)心脏辅助装置与生物肌体组织之间的摩 擦。存在于人工心脏辅助装置中的摩擦是相互 关联影响的,在实际试验和研究过程中针对人工 心脏中存在的问题同时采用几种方法解决以提 高人工心脏的可靠性。概述人工关节材料对摩擦性能的影响及存在的问题材料是影响人工关节寿命以及生物兼容性，力学相容性和生物结合性的重要因素，常用的人工关节的材料主要有高分子材料（超高分子聚乙烯,聚氨酯材料等），生物陶瓷、金属材料（不锈钢，钛合金）等。不锈钢曾做为人工关节的柄和关节头的材料，但因其在 人体环境中易腐蚀,并且因摩擦等原因而引起假体的松动,而逐渐被其它材料替代。表皮系统摩擦学人体涉及的的生4MMMI划分为硬接触摩擦副和敏趣触摩擦 M*魄鬟触摩擦期在接*UN度较大的条件下发生的*1%主要包含 牙齿、关节等软疑做摩擦到在接*UN度较小的条件下发生的*1%主要包含 头发、皮肤、*MN心JK、血液等工体生物摩擦学案例一一头发目前,研究人体头发的生物摩擦磨损特性已成为医卫人员、发用 化妆品专家和摩擦学工作者共同关心的问题。头发发质的好坏主要取决于头发结构和组分的完整程度，充分 了解不同损伤方式对头发的性能影响，明确损伤机理，为头发的 日常养护与损伤修复提供更有力的理论支撑。头发的摩擦性能对头发的梳理性、顺滑性和美发护发品的适用 性有很大影响,开展人发生物摩擦学研究是开发高品质护发用品 的重要科学基础。头发的结构毛干的横切面可分为三层：毛小皮，皮质层，髓质层，如图所示。毛小皮为毛干的最外层，一般由脂质层和平滑的毛小皮细胞 从毛根向毛尖重叠的铺展而形成类似屋顶瓦状的结构。通常认 为这种瓦状排列结构是头发摩擦性质的主要因素。在扫描电镜下观察，头发表面被层层鳞片包裹，毛干表面的鳞片是一层毛小皮细胞呈 屋瓦状排列，鳞片游离朝向毛干的顶端。在毛小皮细胞之间以及毛小皮细胞与皮质细胞之间的细胞间隙中存在一层 细胞膜复合物CMC。CMC的脂质18-MEA分布达到整个毛干纤维的57%,是头 发结构的重要脂质组分。18-MEA是CMC重要的脂质成分，在毛小皮细胞之间、毛小皮细胞与皮质 细胞之间，形成一个连续的网状结构，对维持毛小皮结构的稳定性至关重要;对毛发表面的摩擦性能减弱有着重要作用，并使毛小皮呈现一定的疏水性能。头发的损伤日常生活中，外界环境的变化，包括环境污染、紫外线照射、各种发用化 学试剂（烫发剂、染发剂、漂白剂）处理以及头发护理（洗发、吹风和发型 设计）等都会不同程度地造成头发的损伤。头发损伤的主要表现为手感差，头发表面粗糙，发黄且没有光泽，弹性变 差、拉伸易断发等，这些都是头发物理化学性质发生变化的表观现象。对头 发的不同损伤进行深入研究，对不同损伤类型和损伤程度进行评价和判断，可以更好地对头发进行修复和养护。头发表面的毛小皮由无核的鳞状角化细胞重叠而成,受损头发的表面粗糙,毛小皮的鳞片不再紧贴毛干,出现较多孔隙且部位鳞片出现剥蚀.头发的损伤根据造成其变化的外界因素不同可以大致分为以下几种类型:(1)物理损伤指施加外力给头发带来的损伤。致使头发损伤的其中之一外力是 梳理头发的过程中梳子带来的拉伸力和梳齿造成的摩擦力。当头发表面 粗糙而不易梳理时，这种损伤尤易发生。逆着毛小皮的鳞片覆盖方向进行逆向梳理时，毛小皮的翘起以至于 剥落最容易发生。另外还有理发时剪刀和钝物的削割力，外界对头发的 各种摩擦力等。未梳理的原发表面，毛小皮鳞片结构排列规整，相互交叠致密，呈现完整;强化梳理后的头发，观察到头发表面的损伤，清晰的划伤，裂痕；梳子与 头发表面毛小皮反复多次摩擦，引起毛小皮卷翘，某些部位甚至出现整个撕 裂的现象；可见物理损伤达到一定的强度，对头发的损伤也是很严重的。磨损后的头发表面，并不具有明显的划痕和损伤，但可以清楚地看到毛小 皮的鳞片结构变得不是很明显，最外层的毛小皮有被少量磨损的痕迹。小结磨损后的头发表面毛小皮部分剥落，破坏了之前毛小皮鳞片的规整排列，且破坏了表皮完整的脂质层。所以摩擦系数会较之前有所提升。损伤后的发样摩擦系数增大，粗糙度提高，导致头发手感粗糙、光泽度降低、梳理性能变差，影响头发呈现的美感。可见，平时的梳理与摩擦过程，对头发的表面具有不同程度的损伤,且这种损伤不可 避免，只能尽量减少。对比两种损伤情况：梳理过程，损伤的面积不大，一旦 造成损伤，就会出现划痕，表皮层撕裂的情况；磨损过程，整个表皮层都受到 影响，出现脱落现象，表皮层毛小皮覆盖率降低、规整度下降。(2)化学损伤指能够造成头发的结构组成物质一一角蛋白的结构变化而造成的损伤，主要由各种化学反应所引发。包括生活中各种烫发剂、染发剂、漂白剂和直 发剂对头发的结构破坏。(3)热损伤指*使向电吹风或烫发过程中，温度过高而引发头发的损伤。高温可以 使头发中的水分挥发，致使头发纤维干枯脆弱，再加上外力的拉伸或摩擦作 用而易使头发断裂。(4)日光老化损伤日光中的紫外线照射累积达到一定强度，可引起头发结构的变化和蛋白 质的光降解现象。头发纤维中的黑色素受到日光作用易氧化而发生褪色现象,并且角蛋白结构成分发生光降解。头发整天暴露在外界环境中，各种气候现 象都会对头发造成损伤，加速老化。未损伤的发样表面有一层瓦状规整排列的鳞片包裹着，鳞片层排列紧密。冷烫损伤的发样的鳞片层被明显破坏，表面毛小皮有严重的卷翘和外翻。主要是由于冷烫过程中使用的还原剂导致头发的鳞片层疏松；氧化剂透过鳞 片层的空隙进入角质层与蛋白质作用，使鳞片无法回复到原先的紧密状态。染色损伤的发样表面鳞片层有轻微的剥蚀现象，鳞片层规整度降低，但其 损伤程度较冷烫发样小干湿龙头发的影响对比干湿不同状态损伤过程，湿态损伤与干态相比，头发的粗糙度和摩擦系 数均高于干态，易受外界损伤。梳理损伤而言，湿态下发样表面摩擦系数较大，湿润状态梳理过程中阻力 较大，发样受到的损伤也相对较大；紫外老化过程中，光降解和水分膨胀协同作用加速发样的老化与损伤，造 成头发表面摩擦系数的增大；相对湿度升高,摩擦因数增加，湿度降低,摩擦因数下降。皮肤摩擦人体皮肤具有新陈代谢的特性，在摩擦过程中具有 自我适应和自我修复能力。在日常生活中，皮肤的擦伤 起泡、皮肤与衣服接触摩擦的舒适性等都是皮肤摩擦学 现象。皮肤摩擦在康复医疗中，脊柱和颈椎的矫形支架和皮肤的摩 擦、假肢接收腔和残肢之间的摩擦等也属于皮肤摩擦问 题。因此，控制皮肤摩擦是降低手脚摩擦损伤。提高衣 着舒适性和假肢适用性以及开发高品质护肤品的重要基 不出人体皮肤的摩擦特性不仅取决于皮肤自身、纹理结 构、柔软度和光滑度、干燥度或含油程度等，包括皮肤 接触界面的微气候及湿度、擦动条件、皮肤组织的反应 等。_ _皮肤摩擦Gitis等测试了手臂皮肤的摩擦性能，发现手臂表皮的摩擦 系数在0.400.60之间，其差异源自手臂测量位置的不同，而 性别、年龄的差异对皮肤摩擦系数的影响不大，不同品质的护 肤品在皮肤上的摩擦性能则呈现很大差别。有必要探索我国人 种皮肤的摩擦学特性及其对护肤品的适应性。不同护肤品的摩擦系数变化曲线皮肤摩擦残疾人穿戴假肢进行康复运动时，残肢与假肢接触部分 的皮肤摩擦问题十分突出。接受腔材料与残肢皮肤反复摩擦,会导致皮肤红肿、气泡、溃烂等，给患者带来痛苦。也会引 起材料的磨损、老化与失效。因此研究接受腔材料-内衬套-人体皮肤三者间的摩擦行 为对于提高残肢患者穿戴假肢的舒适性具有重要的意义。皮肤摩擦摩擦试验采用球-面接触模式。上摩擦副为假肢接受腔及 硅橡胶内衬套材料，下摩擦副为硅胶内衬套材料与人体皮肤。内衬套硅胶材料分为正反两面，与接受腔材料接触一面为正 面，与皮肤接触一面为反面，选取了4种内衬套硅胶材料反面均 为光滑平面。2、3号内衬套硅胶材料正面为针织面，1、4 号材料正、反面相同。1号材料LCSM形貌图 2号材料LCSM形貌图 3号材料LCSM形貌图 4号材料LCSM形貌图皮肤摩擦摩擦研究采用了两种摩擦工况：工况一是分别将硅胶材料套在接收腔材料上与皮肤形 成摩擦界面，模拟内衬套/皮肤界面；工况二是分别将硅胶材料套在小腿试验部位与接收腔 材料形成摩擦界面，模拟接收腔/内衬套界面。工况1 工况2皮肤摩擦工况1皮肤-硅胶材料与接受腔界面摩擦 因数随时间的变化曲线接受腔与4种硅胶材料 在往复摩擦刚开始均会产生 滑动，摩擦因数较大。随后 经过几次往复摩擦循环后，接受腔与硅胶材料逐渐产生 黏着，摩擦因数逐渐减小，大约 在10秒后趋于稳定状 态。相比之下，3号材料的 摩擦因数最大，2号次之，1 和4号材料摩擦因数较小。皮肤摩擦工况2接受腔-硅胶材料与皮肤界面的摩擦 因数随时间的变化曲线这时的摩擦学行为已从硅 胶材料与皮肤表面的两体行为 转变为接收腔/硅胶材料/皮肤 的三体构成。相比之下，摩擦 因数从大到小的顺序依次为4 号1号2号3号。皮肤摩擦29 4nn接受腔-硅胶材料与皮肤界面摩擦能量损耗对比29mz皮肤-硅胶材料与接受腔界面摩擦能量损 耗对比图中分别为4种不同 的硅胶材料与接受腔试 验，摩擦因数达到稳态 后在一个往复摩擦循环 内的平均能量损耗。2和3号硅胶材料与 皮肤摩擦界面的能量损 耗明显小于1和4号，而2 和3号硅胶材料与接受腔 的能量损耗明显大于1和 4号。皮肤摩擦结论：1.硅胶材料反面上的粗大微凸体，增加了与皮肤的粘结 性，使摩擦因数较低，摩擦能耗较少；正面上的针织结构不但增加了往复摩擦过程中与接受 腔之间的相对滑动量、摩擦因数及摩擦能耗，而且减少了 其反面与皮肤往复摩擦过程中皮肤协调位移时的变形，从 而降低了与皮肤之间的摩擦因数和能量损耗。2.与皮肤接触反面上具有粗大微凸体，与接收腔接触正 面上具有针织结构的硅胶材料，有利于降低与皮肤的摩擦 能耗，减轻皮肤发热和变形，降低皮肤的摩擦损伤风险。摩擦学在人工关节方面的应用关节是人体承受载荷最大的生物摩擦副关节中的软骨磨损会导致骨关节炎病。据调查，我国骨关节炎患者达3600 4000万，其中100150万患者需要实施人工关节置换手术,以显著改善患者 的生命质量。目前在临床上获得成功应用的人工关节主要包括酸关节、膝关节、踝关节、肘关节、腕关节和肩关节等。摩擦学在人工关节方面的应用生物摩擦学行为影响着对人工关节的质量以酸关节为例，其在体内每年承受约100300万次循环的体重负荷,一般要 求置换于人体内的人工关节服役寿命达至U10-20年。人工酸关节置换的体内松动 是主要的失效模式，失效率约为10%；松动失效的主要原因是人工关节在体内发 生磨损。目前，对人工关节的生物摩擦学研究丰要集中于摩擦副材料的选择、磨损性能评价及关节表面耐磨改性等。人工酸关节的材料不锈钢:该类型假体形成很多的金属磨粒会激活噬骨细胞。噬骨细胞不仅会吞噬金属磨粒，还会将假体周围的骨组织分解吸收，导致假体稳定性失效，最后假体置入术失败。陶瓷:陶瓷材料：具有良好的生物相容性，还有超高硬度、耐磨性和耐蚀性，能够解决金属和 高分子假体材料的磨损颗粒引起的骨溶解问题;而且陶瓷还可以克服假体在体内释放金属离子的 问题。高分子材料:聚乙烯材料，有超高分、高耐磨，用于骨水泥型髓臼或髓臼的内杯，是 一种超耐磨的“塑料”。但磨损颗粒能诱发巨噬细胞反应，导致骨溶解，是关节远期 松动的主要原因。钛合金:钛合金具有较好的生物相容性，由于化学稳定性好不易受到组织液的腐蚀，同时具有较好的强度，常被选择做人工髓关节人工关节的改善方法表面改性方法Subir Ghosha等人研究开发了一种新的表 面改性方法用来提高人工髓关节的耐磨性及生 物相容性。通过一种新型的选择性激光熔融钛合金表 面与2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(PMPC)接 枝，以达到提高钛合金的表面性能和生物相容性。通过纳米划痕实验表明Ti-6A1-4V层表面 生成的PMPC层提高了衬底的表面性能即耐磨2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱性，可以提高人工髓关节的使用寿命。选择性激光熔融钛合金人工关节的改善方法低温喷涂法Rohit Khanna等人通过低温喷涂法在钛合金基底上沉积了铝金属层，之后加热处理 促使铝金属层发生氧化反应，生成致密的A13Ti反应层，同时改善了铝金属层在钛合金 基底的粘附性。由于该致密层硬度很高与用烧结的氧化铝加工的股骨头硬度较合适，能够很好的抵 抗外力的摩擦,所设计的A10/Ti合金复合材料将会为人工髓关节提供多样性和可靠性。人工关节的改善方法电解处理磨削Ohmori等人通过髓关节模拟实验和动物实验验证电解处理磨削过程中人工髓关节表面的可靠性。结果表明，所设计的人工股关节的表面呈现出比10纳米级别的更加光滑，还显示了其 在髓关节模拟试验中有一定的防止结晶相变的能力，说明在研磨过程中人工一关节表面生 成了改性层,改性层具有很好的稳定性，并且其生物相容性和耐磨性很好。人工关节的磨损但人工关节在人体内的过快磨损及磨屑引发的“磨 屑病”仍然是影响关节置换寿命的难题。人工关节在体 内的接触应力和滑动轨迹非常复杂,如图所示。其接触应力和滑动轨迹明显不同于机械摩擦副相应 的接触应力和滑动轨迹，其力学行为难以采用常规的摩 擦磨损试验机进行模拟。在人工t通关节模拟试验机上得到的人工关节材料的 磨损表面形貌及磨损率同在常规摩擦磨损试验机上得到 的结果截然不同。模拟体内摩擦磨损环境的试验方法的建立是人工关 节体内磨损机理和假体磨损性能评价的重要科学基础.图1.人体酸关节的接触力学 与模拟实验(b)Sliding Irarkla)接触面应力 lb)滑动轨迹口腔生物摩擦01口腔生 物摩擦 学简介口腔中 的摩擦 磨损现 象及影 响因素0203口腔生物摩擦的类型口腔摩 擦学研 究现状0405牙齿篇3901.口腔生物摩擦学简介研究对象口腔生物摩擦学(Dental Biotribology)的研究对象是口腔内部及人工植入体或 生物替代材料的摩擦学现象。研究意义天然牙或牙科材料在口腔中一般要保 持几十年，由于生理需要和各种因素的 影响，牙齿磨损是无法避免的自然现象，修复过的牙齿也常出现牙科修复材料脱 落的现象。随着人类平均寿命的提高，人们对牙齿的保健和审美的要求也越来 越高，牙齿的磨损问题越来越不容忽视，研究牙科材料的磨损机理以及如何防治 牙齿的非正常磨耗具有重要的现实意义。4002.口腔中的摩擦磨损现象及影响因素人类口腔是由上颗、下巴、牙齿、舌头、黏膜和腺体组成。颗(nie)下 颌(he)关节连接上颗和下巴。一般意义上，口腔生物摩擦研究主要集中在 对牙齿、唾液、颗下颌关节以及口腔内的软组织上。牙齿是人体最坚硬的结构，嵌于上、下颌骨的牙槽内，是一个包含牙釉 质、牙本质和牙髓的特殊结构。在中枢神经的支配下，以咀嚼肌肉为动力，周而复始地进行咀嚼循环，完成复杂的咀嚼、吞咽等功能。2.1 咀嚼食物进入口 腔后，经过牙齿 的切割、撕裂、捣碎和磨细等一 系列机械加工过 程，并与唾液混 合，唾液中的酶 对食物起部分消 化作用。2.2 发音和言语牙、唇和舌参与 发音和言语，三者的 关系密切。牙齿的位 置限定了发音时舌的 活动范围以及舌与唇、牙之间摩擦的位置关 系，对发音的准确性 与言语的清晰程度有 着重要的影响。2.3 保持面部的协 调美观由于牙齿及牙 槽骨对面部软组织 的支持，并有正常 的牙弓及咬合关系 的配合，而使唇、颊部丰满，肌肉张 力协调，面部表情 自然，形态正常。4102.口腔中的摩擦磨损现象及影响因素2.4影响口腔生物摩擦的因素天然牙或牙用高分子材料在口腔内易受唾液、食物、温度变化及咀嚼力 等多种因素的长期作用而产生一定程度的老化，从而导致耐磨性能降低甚至 引发失效。有学者研究了咬合力、唾液、碳酸饮料以及温度4种口腔环境因 素对树脂牙摩擦学特性的影响，结果表明：法向咬合力增加，牙的耐磨性能 变差；牙在人工唾液介质中表现出了较好的摩擦磨损性能；人工唾液和碳酸 饮料长期浸泡处理对牙摩擦磨损性能影响很小；而在温度0-60范围内经 热循环老化预处理后，树脂牙的耐磨性显著降低。提示我们改进现有牙用高 分子材料的耐磨性，除了需要指导患者正确咬合外，还可以从改进材料的耐 腐蚀性以及耐高温性，提高临床适用性。4203.口腔生物摩擦的类型口腔摩擦磨损是指在咀嚼和非咀嚼运动过程中，由于天然牙或人工牙牙 面与牙面之间摩擦，牙面与食物之间摩擦，使牙硬组织丧失。牙齿的磨耗通 常是多种机制共同作用的结果，通常牙齿的磨损是由机械磨损、咀嚼磨耗以 及酸蚀这3种机制相互作用而产生的。4303.口腔生物摩擦的类型 机械磨损由异物摩擦造成牙齿硬组织丧失称为机械磨损。长期不良的咀嚼习惯，如偏侧咀嚼、用力咬错位牙或物体等，以及不正确的刷牙方式所致的异常摩擦。咀嚼磨耗咀嚼运动中牙齿硬组织自然磨耗的生理现象被称为咀嚼磨耗，常见于牙齿的面、切 缘及邻面。适度的磨耗使上下牙面广泛接触，有利于咀嚼，可保持临床冠根比例的协 调关系，减小侧向力。咀嚼磨耗与下列因素有关：(1)咬合与精(zan)力,牙齿数目的减少及牙力增强均会导致牙齿的磨耗增加；(2)功能亢进，由于精神、肌力等因素及中枢异常所致的夜磨牙引起严重的牙齿磨耗;(3)天然牙本身发育不良，釉质和本质发育不全可引起咀嚼磨耗的快速增大；(4)其他原因，如咬合持续时间过长、年龄、性别等也与咀嚼磨耗有关。酸蚀当牙齿受到化学产物的作用而导致牙齿硬组织的丧失，这是涉及酸的分解和牙釉质在 近酸性环境中的腐蚀过程。引起酸蚀的常见因素有：(1)大量进食水果、果汁及低pH值的饮料可导致天然牙硬组织的缓慢丧失。另外一 些口服药，如维生素C、盐酸制剂等也可引起这种损害；(2)胃肠功能紊乱，这类患者有反胃及呕吐现象，导致酸性胃液与牙齿接触；(3)唾液的润滑与缓冲作用对牙齿的磨损有着密切的联系。实验证明唾液分泌停止，磨损程度会增加；(4)环境因素，如长期工作在酸性环境中的人群易发生天然牙的酸蚀。澳04.口腔摩擦学研究现状目前有关口腔摩擦磨损特性的研究有体内临床研究和体外试验研究两种：体内研究体内临床研究是对患者的磨损牙齿进行临床观察，并通过问卷调查和一 些分析手段来判断牙齿的磨损量及磨损原因，或者通过动物缺损模型进行研 究。体内研究是牙科修复材料实际使用情况的真实反映，是研究其摩擦学特 性最合理的方法。然而，鉴于口腔环境的复杂性，口腔内的许多参数无法控 制，从而使体内研究有一定局限性。同时，因为动物牙齿所处环境与人不同,所咀嚼的食物类型也有很大差别，从而导致动物的体内试验结果与人的体内 试验结果通常存在一定差别，可比性差。体外研究体外研究主要集中在牙科修复材料磨损特性的评价等方面，研究对象包 括高分子材料、陶瓷材料和金属材料，其中，生物陶瓷材料和复合材料的研 究最多。虽然体外试验可以随意改变和控制影响牙齿磨损进程的关键变量，但遗憾的是，目前大多数体外研究主要关注牙齿（包括天然牙和牙科修复材 料）在模拟口腔环境下的磨损率和磨损等级，很少深入研究其磨损机制以及 口腔环境因素的影响。4505.牙齿篇5.1牙齿及其组成部分牙齿是人类最坚硬的器官牙齿的主要成分为羟（qiang）基磷酸钙牙齿是人类身体最坚硬的器官。一般而言，牙齿为白色的（正 常人略带微黄色），质地坚硬。牙齿的各种形状适用于各种用 途，包括撕裂、磨碎食物。牙 齿是动物天生的自卫工具。牙齿的主要成分为羟基磷酸钙：即碱式 磷酸钙 Caio（OH）2（P04）6o与碳酸反应方程式：Ccl（OH）2+H2cO3=CaCO3 J+2H2O 所以它会与可乐中的碳酸反应导致脱钙腐 蚀牙齿。4605.牙齿篇5.2牙齿的分类按形态可分为叨牙、尖牙按形态可分为切牙、尖牙和磨 牙。切牙的功能是切断食物，双尖牙功能介于尖牙和磨牙之 间，磨牙则能磨碎食物。按年龄可分为乳牙和恒牙I牙齿知识知多少人的一生*的副才配出 上后长出的第TH牙齿，林为 大机从六岁开瓶前牙 逐渐尻乐长由余二副利h 林为僮牙.这一 过祖就是接才.健康的忸牙-#1)28-32*,终生不再件投在人的一生中先后长两次牙，首 次长出的称为“乳牙”，到两岁 左右长齐，共20个。六岁左右，乳牙逐渐脱落，长出“恒牙”，共32个。4705.牙齿篇5.3牙齿的结构牙齿的鳍相圄牙齿是牙釉质、牙本质和牙骨质三部分 组成。齿冠外侧为牙釉质。内部牙本质是牙齿 的基本部分，牙龈内表面为少量牙骨质,或与牙本质一起统称为牙质。其中牙釉质是钙化程度最高，最坚硬的 部分。牙釉质包裹在牙冠的外面，约 22.5mm厚，呈半透明状，质坚而脆。牙骨质被覆牙根表面，在牙颈部薄，根 尖部和根分歧部较厚。牙本质是构成牙齿的主体的硬组织，位 于牙釉质和牙骨质的内侧。4805.牙齿篇5.4 牙齿的摩擦类型图10.9牙齿在口腔内的磨损机制磨牙和夜磨牙：牙齿对牙齿的横向滑动咀嚼磨损：第一阶段为开颌(he)阶段，此时上下牙对颌牙表 面几乎无力的作用，悬浮在食物浆中的实物微粒可以自由运 动，牙齿磨损比较轻微；第二阶段为闭颌阶段，此时颌力开 始作用于食物上，食物颗粒运动被限制并充当第三体，牙颌 面发生三体磨粒磨损。化学影响：口腔化学环境酸度增大导致牙釉质的硬度降低。4905.牙齿篇5.5 天然牙的摩擦学行为磨损深度/叫1 26.42+1.94 18.34+1.46 16.38+1.31 23.12+1.85 乃.16 0.001试样乳牙年轻恒牙中年恒牙老年恒牙F P硬度HV50g313.418.4341.2+11.7360.212.9317.8+15.421.510,001咀嚼是牙齿的主要生理功能，因此牙齿（天然牙和义齿）应 该具有适中的摩擦学系数，否则会影响咀嚼效率和咀嚼功能。5005.牙齿篇5.6 牙齿磨损的在考古中的应用牙釉质是人体内最硬的组织，比钢 铁还硬，硬度仅次于金刚石。即使 肉体消失，牙齿也能长久保存。可以通过评价牙齿的萌出情况和磨 损程度来推断人的年龄，如果再对 牙齿中牙髓细胞内的染色体进行检 测，还可以判断人的性别。5105.牙齿篇5.7 如何保护我们的牙齿常见的口腔疾病：齿再（qu）齿、牙周病、冠周炎、牙外伤、牙列缺损，牙列不齐糖和细菌（发酵产酸）是导致龈齿的罪魁祸首，缺了哪个都 不能形成蛀牙。正确的刷牙方法：（横刷法则会损伤牙龈和牙齿）第一步：将牙刷刷头放在牙齿和 第二步：用同样的方法刷每 第三步：将牙刷平放，来回咀牙龈的交界面上,与牙龈边成45。,轻柔地将牙刷顺着牙缝刷。颗牙的里面。嚼食物的牙齿面（咬合面）。5205.牙齿篇牙刷的选择:握柄建议选择方便握持容易建议选择纤耳的刷颈。刷毛软，刷毛末端经过磨圆一一不伤牙齿和牙龈 刷头小一一在口腔灵活转动，可以刷到牙列的每个部位 建议牙刷应三个月左右更换一次05.牙齿篇5.8 口腔中PH值的变化每次进食后口腔的PH值下降，增加 齿再齿发病率正饕后，不吃零食常见的致龈（qu）性食物：葡萄干，蛋糕，牛奶巧 克力，冰淇凌常见的致龈性饮料：碳 酸饮料，果汁或果汁饮 料抗龈食物：豆类（富含 磷），苹果（富含果胶,机械擦洗），乳制品（富含钙），蔬菜（丰 富的膳食纤维）54人体摩擦学展望:研究对象划分为:骨、关节系统的生物摩擦学 牙、口腔系统的生物摩擦学 心血管系统的生物摩擦学 眼系统的生物摩擦学 皮肤、毛发的生物摩擦学 消化系统的生物摩擦学 呼吸系统的生物摩擦学 肌肉、韧带等软组织的生物摩擦学 人工滑液的生物摩擦学等55骨关节系统的摩擦学展望：关节仿生软骨摩擦方面目前仍存在以下几方面问题:1.在制备仿生聚合物刷时，国内外研究主要是单一组分聚合物的生物摩擦学研究，对 多组分聚合物刷的摩擦学性能的影响缺乏系统研究;对滑膜关节软滑机理的进一步理 解和表面接枝技术进一步发展，有望实现人工关节材料表面摩擦力的可逆调控。2.表面接枝聚合物合成是不可逆的，意味着在高生理载荷下一经磨损破坏，具有超低 摩擦系数的纳米尺度表面仿生润滑层不能重生或自我修复。通过合成更厚的聚合物刷 可有效抵抗压力载荷，更厚的刷可有效减少表面凹凸不平的接触，从而减少了摩擦和 聚合物的剪切。研究者已在关节材料基材表面成功制备类似于天然关节软骨厚度的水 凝胶层，进一步提高仿生软骨水凝胶润滑层和软骨基体稳固的连接和水凝胶高载荷下 结构稳定性是其投入实际运用亟待解决的关键问题。56骨关节系统的摩擦学展望:3.人工关节材料表面仿生润 滑层生物摩擦学的分析和评 定是一个系统复杂的过程，通过关节模拟器在近似人体 复杂生理环境下摩擦学测 试，控制重要条件（负载条 件、材料配副和润滑条件）以筛选和评估不同参数下对 仿生润滑层摩擦性能的影响,选择可供进一步研究的仿生 润滑层的候选材料，为新型 仿生润滑的人工关节设计和 制造提供理论和技术依据。57骨关节系统的摩擦学展望：颈椎间盘摩擦方面待解决的问题：仍旧未系统化的研究不同的头部运动类型对体内人 工颈椎间盘磨损的影响规律58牙齿摩擦学展望:对制I 有待解决的问题有：K1,牙科修复材料的摩擦系数还需得到适当的提高2,每个人的牙齿所处的环境不一样，口腔卫生状况、唾液的成分及进餐食品的种 类都因人而异，所以给牙科修复材料的耐腐蚀性和摩擦磨损特性的检验增加了 很大难度3,牙齿的排列也因人而异，以牙科修复材料的标准件应用于每一位患者，难以达到 令人满意的程度。4.不同部位的牙齿其作用是不相同的，受力状况和磨损条件也不尽相同，所以难以 用同一种材料制造整个牙列5.人们现代审美意识的提高，对人工义齿的外表形状、色泽、光洁度以及各种性 能等都提出了更高的要求这些要求都增加了对牙科修复材料摩擦学特性研究的难 度59皮肤摩擦学展望：基于SPH-FEM手指模型的皮肤摩擦行为分析中 有待解决的问题：1,存在严重的“滞后”性，往往需要等待较长一段时间才能检测到力的作用2.在小变形的时候，算法的精度和FEM手指模型相比还有一定的差距60人体胸腔摩擦学展望：目前有待解决的问题：无法确定胸膜摩擦术是否能降低气胸复发率以往研究表明，肺大疱切除后进行胸膜摩擦可以促进术后肺复张并牢固 粘连于壁层胸膜，降低气胸的复发率。目前有文献提出胸膜摩擦固定术降低气胸复发率的效果不明显，并且对 术中术后患者康复产生不利影响，不适宜术中使用。肠道与内窥镜的摩擦学展望:目前在肠道与内窥镜生物摩擦 性领域还有 以下问题有待进 一步研究：肠道离体后没有生理蠕动和肠压，胶 囊均以直线运动而肠道弯曲的形态不同，在实验装置设计时考虑肠道的形态变化、肠压以及生理蠕动的特点(2)胶囊摩擦阻力变化的机理是黏弹性变 形引发肠壁环向应力改变，作用于胶囊表 面压力改变的结果，建立了摩擦阻力预测 模型，此模型对小于肠道直径内窥镜摩擦 阻力预测具有局限性62肠道与内窥镜的摩擦学展望:(3)对胶囊直线匀速运动的摩擦阻力变化规律，对加速运动、旋转运 动、旋转直线运动的摩擦阻力未做研究，另外，对定位、运动控制问 题也没有得到有效的解决(4)微型机器人末端执行器端部织构微图案能提高和肠组织之间的摩 擦力，但用到临床医疗中还有很多问题有待解决，例如微机器人的后 退及位置微调整等问题63