类碳薄膜由于其良好的生物相容性以及优异的耐摩擦、耐腐蚀性能,被认为是目前对人工关节假体进行表面改性的最具有潜力的无机薄膜材料。改性过的人工关节假体植入人体后,其被关节液或周围假体流体所包围,此时,关节液中的生物分子将在类碳薄膜表面吸附,这会影响类碳薄膜的摩擦服役行为,甚至影响人工关节假体的使用寿命。因此,研究关节液中主要生物分子——白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸在类碳薄膜的吸附行为,探讨该吸附对类碳薄膜摩擦行为的影响,对提高类碳薄膜的耐摩擦、耐腐蚀性能,提高类碳薄膜改性的人工关节假体使用寿命具有重要的意义。由于类碳薄膜有含氢和不含氢两种,本研究分别采用磁过滤阴极真空弧源沉积设备和微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积方法制备了不含氢类碳薄膜(a-C)和含氢类碳薄膜(a-C:H);同时,利用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)方法分析白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸在这两种类碳薄膜表面的吸附行为;利用开路电位方法,分析白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸在摩擦过程中的吸附情况,进而分析生物分子吸附对类碳薄膜摩擦行为的影响。研究结果表明,在不含氢的类碳薄膜表面,白蛋白分子将形成平躺式的单层吸附层,γ-球蛋白分子形成直立式的单层吸附层,透明质酸分子很难在不含氢的类碳薄膜表面吸附。γ-球蛋白能够置换预先吸附的白蛋白分子并在不含氢的类碳薄膜表面吸附,预先吸附的γ-球蛋白分子对白蛋白分子的吸附起抑制作用。在白蛋白与γ-球蛋白分子的混合溶液及白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸的混合溶液中,不含氢的类碳薄膜表面形成以γ-球蛋白分子为主的吸附层。结合开路电位的摩擦结果显示,对于不含氢的类碳薄膜,在摩擦剪切力作用下,白蛋白分子吸附层很容易被去除,造成对磨副间的直接接触摩擦,不含氢的类碳薄膜磨损加剧。γ-球蛋白分子吸附层能够在摩擦过程中稳定吸附于磨样界面处,起到润滑减磨保护不含氢的类碳薄膜的作用,降低了不含氢的类碳薄膜的磨损。在白蛋白与γ-球蛋白的混合溶液中摩擦时,由于溶液中白蛋白分子的扩散速率是γ-球蛋白分子的1.3倍,在往复摩擦过程中,溶液中的白蛋白分子将先于γ-球蛋白分子到达磨痕处,从而阻碍了摩擦过程中来自溶液的γ-球蛋白分子对吸附润滑层的修复,使得磨损量与在γ-球蛋白溶液中相比,有所增加。单纯的透明质酸分子仅具有降低不含氢的类碳薄膜摩擦系数的作用,在白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸的混合溶液中摩擦时,由于HA分子的加入,不含氢的类碳薄膜的磨损量低于在白蛋白、γ-球蛋白混合溶液中的磨损量。改变摩擦时施加的载荷及摩擦速率,将改变γ-球蛋白在不含氢的类碳薄膜表面的吸附状况,进而影响不含氢的类碳薄膜的摩擦情况。随着摩擦载荷增加,逐渐增高的接触应力使γ-球蛋白分子吸附层更容易被破坏甚至被去除,逐渐使不含氢的类碳薄膜失去保护层,摩擦系数逐渐降低,磨损加剧。随着摩擦速率增加,给予γ-球蛋白分子在往复摩擦过程中的吸附时间逐渐减少,不含氢的类碳薄膜逐渐失去γ-球蛋白分子保护层,磨损加剧。白蛋白、γ-球蛋白在含氢类碳薄膜表面的吸附与在不含氢的类碳薄膜表面的主要不同在于,白蛋白、γ-球蛋白在含氢类碳薄膜表面形成直立式的吸附层。对于亲水性的含氢类碳薄膜,在摩擦剪切力作用下,白蛋白分子吸附层较难被去除,含氢类碳薄膜在白蛋白溶液中的磨损量(5.0 E-5 mm~3),低于不含氢的类碳薄膜在白蛋白溶液中的磨损量(1.1E-4 mm~3)。含氢类碳薄膜表面的γ-球蛋白分子吸附层在摩擦过程中,相较于在不含氢的类碳薄膜表面更容易被去除,使含氢类碳薄膜在γ-球蛋白溶液中的磨损量(7.1 E-5 mm~3),高于不含氢的类碳薄膜在γ-球蛋白溶液中的磨损量(8.0 E-7 mm~3)。在白蛋白和γ-球蛋白的混合溶液中摩擦时,溶液中白蛋白分子先于γ-球蛋白分子到达磨痕处被吸附,且吸附的白蛋白分子在亲水性的含氢类碳薄膜不易被去除,含氢类碳薄膜在白蛋白和γ-球蛋白的混合溶液中的磨损量(3.2 E-5 mm~3),低于在单一的白蛋白或γ-球蛋白溶液中的磨损量,也低于不含氢的类碳薄膜在白蛋白和γ-球蛋白的混合溶液中的磨损量(5.9 E-5 mm~3)。