聚乙烯在接触葡萄糖酸氯己定和聚维酮碘冲洗液后，未显示出任何材料变化或应力开裂的迹象

UHMWPE关节植入物经氯己定葡萄糖酸和聚维酮碘冲洗液浸泡后，未发现裂纹或机械性能显著变化，但低浓度聚维酮碘导致局部变色。研究证实临床常用浓度下冲洗液对聚乙烯材料安全。

　　
本研究旨在评估不同浓度的氯己定-葡萄糖酸（CHG）和聚维酮碘（PI）冲洗液对超高分子量聚乙烯（UHMWPE）假体材料性能的影响，重点关注环境应力开裂（ESC）风险及机械特性变化。实验采用体外模拟方法，通过Bell测试和动态机械分析（DMA）系统评估了材料在长期暴露后的微观形变、颜色变化及粘弹性特征。

### 一、研究背景与目的
随着人口老龄化加剧，骨关节炎（OA）患者数量持续攀升，关节置换术（TJA）作为有效治疗手段的需求日益增长。然而，术后假体周围感染（PJI）仍是制约手术疗效的关键问题。研究表明，冲洗液可有效降低感染风险，但现有证据多集中于短期抗菌效果，而长期暴露对假体材料的潜在损害尚未明确。UHMWPE作为人工关节的关键磨损部件，其机械性能的稳定性直接关系到植入物的使用寿命。本研究通过模拟临床环境，系统评估CHG和PI冲洗液对UHMWPE的侵蚀效应，为临床应用提供材料科学依据。

### 二、实验设计与方法
#### 1. 样本制备与测试体系
研究选取30个UHMWPE试件（尺寸38mm×13mm×3mm），按ASTM D-1693标准制备。其中25个试件在边缘制造5-8mm的应力集中 notch，用于进行加速环境应力开裂测试（Bell测试）。剩余5个未开 notch试件用于DMA分析。所有试件在37℃恒温环境下进行，模拟人体关节温度，并通过不锈钢支架避免与PI发生化学反应。

#### 2. 测试方法
（1）**Bell测试**：模拟长期浸泡环境，通过周期性弯曲应力加速材料疲劳。设置10% PI、0.35% PI、4% CHG、0.05% CHG及Milli-Q水为对照组，浸泡时间分别为3周（10% PI、4% CHG）和4周（低浓度组），观察裂纹形成情况。

（2）**DMA分析**：在1周浸泡后，测试试件的粘弹性特性。通过损耗模量（E”）和储能模量（E'）的变化评估分子链结构变化，采用Han图解析多级松弛模式。

（3）**微观表征**：使用200倍光学显微镜观察notch区域颜色梯度变化，建立分级判别标准（0-5级）量化损伤程度。

### 三、关键实验结果
#### 1. 环境应力开裂评估
- **宏观观察**：所有试件均未出现可见裂纹（表2），但0.35% PI组试件表面出现非局部性颜色变深。
- **微观分析**：在200倍显微镜下，PI组试件notch区域均呈现放射状颜色梯度（图3），其直径与溶液浓度呈正相关（10% PI组直径132.2±47.9μm，0.35% PI组173.6±28.5μm）。Kruskal-Wallis检验显示组间差异显著（H=18.18, p=0.001），且与Milli-Q水相比，10% PI（p=0.029）和0.35% PI（p=0.001）具有统计学差异。
- **notch深度变化**：单因素方差分析（ANOVA）显示所有组别notch深度均未显著改变（F=0.662, p=0.625），表明机械应力未引发结构形变。

#### 2. 动态机械分析
- **粘弹性参数**：4% CHG组试件损耗模量显著低于对照组（Δ=0.024，p=0.035），提示材料刚度增加。其他组别与Milli-Q水相比差异不显著。
- **Han图解析**：4% CHG试件出现第二级松弛模式（图7），其储能模量出现双峰现象，表明可能发生化学交联反应。而PI组试件仅显示单一松弛峰，说明其分子链运动受限于碘-聚维酮复合物的空间位阻效应。

### 四、机制分析与临床意义
#### 1. 氯己定（CHG）作用特征
- **低浓度（0.05%）**：试件未出现颜色变化，DMA结果显示分子链运动受阻（E”降低15%），但未达到临床显著阈值。
- **高浓度（4%）**：虽未引发裂纹，但DMA检测到异常的第二级松弛峰，提示可能发生化学交联。研究认为，临床单次冲洗时间（<3分钟）远低于实验浸泡周期（168小时），实际吸收量仅为实验室模型的1/20，因此材料性能变化可忽略。

#### 2. 聚维酮碘（PI）作用特征
- **低浓度（0.35%）**：试件出现典型放射状颜色斑（图2），直径达173.6μm，对应分子链局部取向度变化（E’增加8%）。但未达到ESC临界阈值（裂纹长度>0.5mm）。
- **高浓度（10%）**：颜色梯度范围扩大但强度减弱，可能因过量吸收导致分子链段运动受限，与低浓度PI的侵蚀效应形成对照。

#### 3. 临床转化考量
- **浸泡时间差异**：临床冲洗时间通常为1-3分钟，而实验采用168小时连续浸泡，相当于人体10年使用周期加速至1周。实际临床暴露浓度（0.05-0.2%）与实验中低浓度组接近，但浸泡时间缩短至秒级，因此材料吸收量差异达3个数量级。
- **毒性阈值**：4% CHG虽引发DMA参数变化，但其临床等效浓度（0.05%）未产生明显粘弹性改变，说明假体在常规使用浓度下安全。
- **颜色变化的临床意义**：非局部颜色变化可能源于溶液向应力集中区域的渗透富集，但未伴随裂纹形成，表明该现象属于可逆物理吸附过程。

### 五、研究局限性
1. **材料代表性**：仅测试单一种类UHMWPE（Stryker品牌），未涵盖临床常用HXLPE等改性材料。
2. **时间尺度差异**：实验浸泡周期（1周）远超临床暴露时间（分钟级），需结合加速老化模型评估长期效应。
3. **溶液稳定性**：未检测冲洗液在浸泡过程中的降解产物，可能影响结果解释。
4. **微观检测局限**：现有技术无法区分表面吸附与内部侵蚀，需结合元素分析（如XPS）验证碘/氯的渗透深度。

### 六、研究展望
1. **建立浓度-时间效应模型**：需模拟术中多阶段冲洗（冲洗-漂洗-抽吸），研究不同脉冲周期下的材料性能变化。
2. **开展多材料联合测试**：结合骨水泥、金属部件进行复合系统测试，评估冲洗液对全假体系统的协同影响。
3. **开发非破坏性检测技术**：基于荧光标记或原位传感器监测术中溶液渗透量，建立实时评估体系。
4. **长期追踪研究**：建议开展10年以上随访，统计假体周围疼痛率与冲洗液使用历史的相关性。

### 七、结论
本研究证实：在常规临床使用浓度（0.05-0.35%）及单次冲洗时间框架内，CHG和PI冲洗液不会引发UHMWPE假体的环境应力开裂或显著机械性能劣化。颜色变化现象属于可逆物理吸附过程，与临床可接受的材料稳定性阈值无重叠。建议将冲洗液浓度控制在0.2%以下，并严格限制浸泡时间不超过5分钟，以最大限度降低潜在风险。后续研究应着重建立浓度-时间-材料性能的定量关系模型，为制定假体维护标准提供依据。