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난주화학물리연구소 인공관절 대체재료 연구성과
  • 등록일2012.03.02
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중국과학원 난주화학물리연구소 고체윤활 국가중점실험실의 이엔싱빈(閻興斌)연구원이 주도하는 저차원재료 마찰학 과제팀은 산화그래핀 베이스 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 복합재료의 마찰학연구에서 성과를 올렸다.

초고분자량 폴리에틸렌은 인공관절 연골재료(cotyla)로서 금속이나 세라믹재질의 인공골두(articular head)와 결합하여 임상에서 보편적으로 사용되고 있는 인공관절을 구성한다. 하지만 임상실천 결과, 인공관절의 유효 사용기한은 10년에서 15년에 불과한 것으로 나타났다. 장기적인 사용과정에 폴리에틸렌 재료가 마찰되면서 골격 염증을 일으키거나 무균성 이완(aseptic loosening)이나 인공삽입물 탈락 등의 문제점을 유발하기에 보다 높은 성능의 새로운 인공관절의 개발이 절실하다. 인공관절 교체시술을 재차 받을 경우 수술비용과 실패율도 처음보다 훨씬 높아지며 이로 인한 경제적 손실과 환자 건강에 미치는 손상도 적지 않다.

연구진은 의료용 초고분자량 폴리에틸렌의 내마모성능 강화를 목적으로 나노입자 강화복합재료기술을 채택하였고 2차원 나노신소재 그래핀의 고강도, 높은 탄성계수, 고경도와 낮은 마찰계수의 두드러진 특징을 충분히 활용해 그래핀/UHMWPE복합재료의 마찰손실성능을 높였다. 나아가 그래핀 강화체가 고분자화합물베이스 복합재료 마찰과정의 구성성분, 구조, 성능의 변화법칙과, 그래핀의 윤활메커니즘 및 화학물리변화를 심층 연구하였다.