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衛福部研發技術成果快訊-生物摩擦潤滑測試系統

2001-06-06

技術名稱

生物摩擦潤滑測試系統

執行團隊國立臺北科技大學 生醫材料工程跨領域研發中心

技術摘要

特色與說明

人體內存在各種生物摩擦潤滑系統,如關節的摩擦、角膜與眼瞼間的摩擦、口腔內的潤滑、管腔內的潤滑等。當組織產生病變,或因老化而使生物摩擦潤滑系統受損時,常需替換成人工材料或輔助器具。當一生醫材料植入或結合入生物活體系統中,除了材料本身的結構與物理化學性質外,還需特別考量材料表面與生物組織在摩擦系統中的界面效應、力學變化以及產生的生物性反應。因植入生醫材料常見的變化包括植入物潤滑度不佳、摩擦係數高,造成組織發炎或病變等生物性反應,導致植入物磨損及老化。因此應用於人體摩擦潤滑系統中的生醫材料/醫療器材都需評估其生物摩擦潤滑特性。因此本團隊所建立的生物摩擦潤滑測試系統,可應用於研究和測試骨科、眼科、口腔、醫療導管和抗沾黏等生醫材料植入物的生物摩擦潤滑特性。

技術強項與優勢
  • 獨特之體外生物摩擦潤滑測試系統建立,利用模擬生物組織的生醫材料建立對磨系統
  • 系統式的測試摩擦參數,建立可信度高的摩擦潤滑測試方法
  • 利用建立的體外生物摩擦潤滑測試系統篩選生醫材料潤滑配方,以延緩生醫材料植入物的磨損及老化,降低引起生物性反應的風險
開放哪些合作項目

生醫材料植入物的摩擦潤滑特性測試、開發增加生醫材料植入物潤滑效果的配方

技術內容

人工關節材料以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)與鈷鉻鉬合金(CoCrMo alloy)最為常見,而超高分子量聚乙烯於對磨時所產生的磨耗顆粒會誘導人體內的免疫反應,並造成植入物與骨間隙之骨溶解現象(osteolysis),進而加速人工關節鬆脫,減少人工關節之使用年限。人體滑液膜分泌關節液提供關節對磨表面的緩衝與保護,其組成豐富且各成分藉不同的機制提供潤滑作用,本團隊利用pin-on-disc(POD)摩擦系統建立潤滑測試平台,在邊界潤滑的運行條件下進行人工關節對磨材料的摩擦力測試,發現關節液中占比最高的白蛋白,其對摩擦力影響顯著,而玻尿酸以及與同屬多醣類且具生物相容性分子如羧甲基纖維素等則具有降低對磨表面摩擦係數的能力。將持續利用此測試平台找尋最適合的生物潤滑液以延長人工關節使用年限(圖1)。

本團隊另建立隱形眼鏡摩擦測試系統 (圖2),利用微摩擦磨耗試驗機(CETR-UMT2)設定位移速度的往復式摩擦行為、工作距離以及固定正向力,以模擬眼瞼與隱形眼鏡之摩擦模式,將全新隱形眼鏡與玻璃片對磨,測試隱形眼鏡浸泡在生理食鹽水、市售隱形眼鏡保養液以及待測潤滑液中之摩擦係數,以評估各溶液之摩擦潤滑性質。針對生物潤滑液多著重在其生化分析或生物相容性,但鮮少有測試是否能降低植入物的摩擦係數或耗損,本團隊建立之隱形眼鏡摩擦測試系統,現已應用至測試硬式隱形眼鏡中之角膜塑型片的摩擦潤滑性質。

人類隨著年紀的增長,身體各項生理功能會開始逐漸退化,導致人體由健康的狀況逐漸開始衰弱狀態。此時口腔內開始會有缺牙、牙周病等口腔方面的問題,且唾液分泌也會減少許多。唾液量分泌低下會導致口腔乾燥,也就是口乾症,常是老年人最常抱怨的問題。除此之外,許多罹患頭頸癌的病患,在接受放射線治療後,也會導致口乾症的後遺症,但現階段對於口乾症的治療僅有多喝水或人工唾液,且現有的人工唾液都無法長時間讓病患的口腔維持濕潤,導致口乾症病患的生活品質降低。因此本團隊已建立體外口腔摩擦潤滑的測試系統(圖3),模擬口腔器官間的摩擦運動,並可以此建立「口感」和體外摩擦係數間的關聯,將來可應用於篩選潤滑因子,開發長效型的人工唾液。

圖1:人體關節液成分對人工關節元件的摩擦影響

圖2:眼科摩擦潤滑測試系統建立

圖3:口腔摩擦潤滑測試系統建立與模擬口感結果

附加連結

團隊簡介

國立臺北科技大學「生醫材料工程跨領域研發中心MT3」結合跨越生物科技、組織工程、臨床醫學、化學工程、材料科學等領域的研究人員,進行以生醫材料工程為核心之跨領域技術整合。結合大臺北捷運系統(Metro Taipei)可及之醫學中心及相關醫療院所的資源與人力,架構具特色、整合性以及機動性之醫學工程研發團隊(Medical engineering research Team),並以跨領域技術(Multidisciplinary Technology)為研究基礎之特色領域研究(MT)3。中心理念為『以終為始:從需求看創新,從創新造價值』,即以臨床醫學需求引導開發醫材整合商品化。已完成短期目標-整合既有之生醫材料開發資源,成立一條龍完善設備與環境之核心實驗室,作為對外跨領域合作之窗口;中期目標透過對外技術服務,強化既有之技術標準化,整合動物試驗及臨床醫學等技術,進行跨領域合作;長期目標為技術轉移與產業化,以期達成開發生醫材料工程之永續發展。

計畫主持人

國立臺北科技大學 化學工程與生物科技系 方旭偉 特聘教授

團隊成員

蘇真瑩 研究助理教授、陳怡辰 研究助理教授、張宥承博士、劉怡心博士、洪煒

技術合作聯絡人

蘇真瑩 研究助理教授
電話(02)2771-2171 ext.2566
chenying.su@mail.ntut.edu.tw