截肢患者穿戴假肢时需要预紧力,预紧力过小假肢与皮肤界面之间产生相对滑动,导致截肢患者皮肤损伤,行走舒适度降低,甚至出现假肢脱落等现象;若预紧力过大,会导致皮下组织弹性变形过大,引起血液循环受阻,引起皮肤肿胀甚至出现坏死等现象。因此,在合适预紧力下最大程度地降低假肢与皮肤界面之间的相对滑动,提高其贴合性是假肢材料表面设计最终追求的目标。然而,国内外在此方面的研究较少,尤其是通过仿生表面设计来提高假肢与皮肤界面之间的贴合性,降低摩擦能量损耗鲜有报道。本文按照树蛙、壁虎脚掌的形貌结构,设计了四种不同的仿生表面织构。利用DSA100型视频接触角测量仪、OLS1100型三维激光共焦扫描显微镜等对其表面特征进行了分析。借助于UMT-II多功能摩擦磨损试验机,采取单向和往复摩擦的面/面接触模式模拟假肢材料/皮肤界面的运动模式,并基于定积分求不规则图形面积的理论对摩擦前后的能量损耗进行计算,研究了不同仿生表面织构、力值和速度对其界面摩擦特性的影响。从摩擦学、生物学、材料学等多学科交叉的角度研究了防止假肢/皮肤界面滑动最优化的仿生表面结构,揭示了增强假肢/皮肤界面粘附性的机理。主要结论如下:1.四种不同的仿生表面织构中,硅胶材料的沟槽深度小于聚氨酯材料的沟槽深度。正四棱柱结构能够降低表面接触角,提高固体表面亲水性,正六棱柱和圆柱能够提高固体表面接触角,降低固体表面亲水性。固体表面仿生结构增加了其表面能,增加了固体表面的粘附机理。2.表面仿生假肢材料/皮肤界面的单向摩擦试验发现:a.初始滑动位移随着正压力的增加而增加,平均摩擦系数随着正压力的增加而减少。b.初始滑动位移随着速度的增加而减少,平均摩擦系数随着速度的增加而减少。3.表面仿生假肢材料/皮肤界面的往复摩擦试验发现:往复摩擦过程中一个周期的能量损耗随着正压力的增加而增加;正压力较小时,均存在相对滑移,随着正压力的增加相对滑移逐渐减小。速度对一个周期内的能量损耗影响不大。4.综合评定仿生形貌的优劣,其中最优的是正六棱柱,其次是光滑表面,然后是圆柱,最差的是正四棱柱。