本發明專利技術公開了一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件及制備方法。模擬了天然關節軟骨的結構和功能，制備表層具備多孔結構的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，并在其多孔表面接枝具有良好生物相容性的聚合物單體，形成仿生潤滑表層。采用本發明專利技術及方法制備的人工關節承載部件，顯著改善了其生物摩擦學性能，減輕了組織反應和無菌松動，可以延長使用壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于植入器件，特別是一種帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件及制備方法。
技術介紹
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于其優異的綜合性能，是目前廣泛采用的人工關節材料。臨床研究表明，超高分子量聚乙烯人工關節植入人體后發生磨損，產生的磨屑誘發機體細胞產生一系列不良生物反應，引起假體周圍產生骨質溶解和無菌松動，嚴重影響了人工關節的質量和使用壽命。研究發現，天然軟骨是一種具有剛性多孔網絡結構的生物材料，能夠存儲潤滑液提供良好的潤滑。受到載荷壓縮時，潤滑液從空隙中流出潤滑關節接觸面，當載荷移除時，潤滑液再次流回組織存儲潤滑液，極大的降低天然軟骨的磨損量。在關節滑膜腔與淺表層界面處，有游離的蛋白聚糖、蛋白聚糖和透明質酸等聚集形成的刷狀物，具有較強的水化能力，有效的改善潤滑、提高耐磨性，使天然關節軟骨具有超潤滑功能。已有學者模擬天然軟骨的多孔結構制備人工關節，研究發現:多孔結構可以有效提高聚乙烯人工關節表面的潤滑性能，降低了潤滑條件下的磨損量[吳剛，張文光，王成燾.仿生UHMWPE軟骨材料的制備和性能研究.功能材料，2007,38(10):1694-1697.吳剛，張文光，王成燾.仿生多孔超高分子量聚乙烯的摩擦磨損性能研究.摩擦學學報，2007，27(6):539-543.]。但是該研究制備的人工關節僅具備多孔結構，不具備類似關節滑膜腔與淺表層界面處的刷狀物。專利CN201010555982.2提到改善生物相容性與摩擦學性能的人工關節的制備方法，在人工關節聚乙烯表面接枝生物相容性好的聚合物，該方法制備的人工關節的摩擦學性能得到顯著改善。但是該方法制備的人工關節假體僅具備類似天然軟骨的刷狀物，不具有類似天然軟骨的多孔結構。鑒于以上，有必要模擬天然關節軟骨的結構和功能，在人工關節承載部件表面構建多孔結構和聚合物刷，對于改善人工關節的摩擦學性能及生物相容性、減少組織反應、延長使用壽命等，具有重要的指導意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供。該人工關節部件帶有仿生潤滑表層，具有該結構的人工關節能有效改善潤滑、減少摩擦、磨損和磨屑的產生，延長使用壽命。實現本專利技術的 技術解決方案為:一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，所述人工關節承載部件由仿生潤滑表層和基底構成，所述基底為超高分子量聚乙烯，所述仿生潤滑表層由具有多孔結構的超高分子量聚乙烯接枝聚合物單體形成。所述的人工關節為髖關節、膝關節。所述的超高分子量聚乙烯為醫用級；所述的多孔直徑為10_500Mm。所述的接枝方法，包括輻照(紫外光、Y射線、電子束)、臭氧活化或化學處理等方法。所述的聚合物單體，具有良好的生物相容性，可以是丙烯酸、丙烯酰胺(AM)、N-乙烯基吡咯烷酮、N, N- 二甲基-N-甲基丙烯酰胺基丙基-N，N- 二甲基-N-丙烷磺酸內鹽(MPDSAH)、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿(MPC)以及具有磷酰膽堿基的單體等。一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件的制備方法，采用模板-濾取法制備，包括以下步驟: (1)將致孔劑粉末與超分子量聚乙烯粉末球磨共混得到復合粉末； (2)將步驟(I)中的復合粉末與純超高分子量聚乙烯分層放入模具中，真空熱壓成形制備塊體材料，然后將該塊體材料用去離子水浸泡提純，除去致孔劑； (3)在步驟(2)中制備的表層具有多孔結構的超高分子量聚乙烯表面接枝聚合物單體，得到帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件。步驟(I)中所述的致孔劑為NaCUK2CO3、聚乙二醇、聚氧化乙烯。步驟(2)中所述的純超高分子量聚乙烯為粉末或塊體，所述的真空熱壓具體參數為:真空度為-0.1MPa，壓力為2 20MPa，熱壓溫度15(T250°C，保溫時間0.5 3.5小時。一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件的方法，采用激光蝕刻法制備，包括以下步驟: (1)用激光器在成型的塊體超高分子量聚乙烯表面制備多孔結構； (2)在表層具有多孔結構的超高分子量聚乙烯表面接枝聚合物單體，得到帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件。本專利技術的原理是:模擬天然關節軟骨的多孔結構、聚合物刷狀結構和潤滑狀態，制備表層具有多孔結構的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，并在多孔表面接枝具有良好親水性和生物相容性的聚合物單體，單體與超高分子量聚乙烯發生共聚反應，同時單體之間發生自聚反應，因而最終在超高分子量聚乙烯聚乙烯表面形成聚合物大分子鏈。該聚合物分子鏈在潤滑液中吸附水分子舒展開來形成類似刷狀的結構。潤滑液在多孔中流動形成的流體動壓潤滑，與聚合物分子鏈形成的水合層導致的邊界潤滑，二者協同作用，提高人工關節的耐磨性，改善生物相容性，延長使用壽命。本專利技術與現有技術相比具有顯著優點:本專利技術制備的一種帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，其表層模擬了天然關節軟骨的結構和功能，具備類似天然軟骨的多孔結構和聚合物刷狀結構，改變了以往只進行多孔結構制備或聚合物刷狀制備的缺陷。多孔結構改善流體動力潤滑，接枝的親水性聚合物鏈吸附潤滑液形成水合層，二者協同作用降低人工關節的摩擦磨損，改善潤滑狀態。另外，聚合物大分子單體通過化學鍵接枝鍵合到超高分子量聚乙烯多孔表面，結合牢固，很好的保持了聚合物大分子的特性。由于接枝的聚合物單體具有良好的生物相容性，可以有效減輕磨屑的組織反應、骨溶解和無菌松動，提高人工關節的可靠性和使用壽命，減少人工關節的翻修和更換頻率。具體實施例方式下面的實施例可以使本專業技術人員更全面地理解本專利技術。一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，采用模板-濾取法制備，包括以下步驟: (1)將致孔劑粉末與超分子量聚乙烯粉末球磨共混得到復合粉末； (2)將復合粉末與純超高分子量聚乙烯(純超高分子量聚乙烯為粉末或塊體)分層放入模具中，真空熱壓成形制備塊體材料，然后將該塊體材料用去離子水浸泡提純，除去致孔劑；真空熱壓具體參數為:真空度為-0.1MPa，壓力為2 20MPa，熱壓溫度15(T250°C，保溫時間0.5^3.5小時。(3)在步驟2中制備的具有多孔結構的超高分子量聚乙烯表面接枝聚合物單體。將樣品置于光敏劑二苯甲酮溶液(5-20mg/ml)中，避光靜置f lOmin，使其表面涂覆光敏齊U，避光干燥；將涂覆光敏劑的樣品放入一定濃度的單體溶液，紫外光輻照l(T90min，得到帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件。一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，采用激光蝕刻法制備，包括以下步驟: (1)用激光器在成型的塊體超高分子量聚乙烯表面制備多孔結構； (2)在表層具有多孔結構的超高分子量聚乙烯表面接枝聚合物單體，將樣品材料置于光敏劑二苯甲酮溶液(5-20mg/ml)中，避光靜置f lOmin，使其表面涂覆光敏劑，避光干燥；將涂覆光敏劑的樣品放入一定濃度的單體溶液，紫外光輻照l(T90min，得到帶有仿生潤滑表層的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件。實施例1 將球磨共混的NaCl粉末與超分子量聚乙烯粉末的復合粉末與純超高分子量聚乙烯粉末分層裝入磨具中，對裝入模具的材料進行真空熱壓，具體參數為:真空度-0.1MPa，壓力2MPa，熱壓溫度150°C，保溫時間0.5小時。將制備出的塊體材料置于去離子水中浸泡除去致孔劑，得本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，其特征在于，所述人工關節承載部件由仿生潤滑表層和基底構成，所述基底為超高分子量聚乙烯，所述仿生潤滑表層由具有多孔結構的超高分子量聚乙烯接枝聚合物單體形成。
【技術特征摘要】
1.一種超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，其特征在于，所述人工關節承載部件由仿生潤滑表層和基底構成，所述基底為超高分子量聚乙烯，所述仿生潤滑表層由具有多孔結構的超高分子量聚乙烯接枝聚合物單體形成。2.根據權利要求1所述的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，其特征在于所述的具有多孔結構的超高分子量聚乙烯的孔徑為10-500Mffl。3.根據權利要求1所述的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件，其特征在于所述的聚合物單體具有良好的生物相容性，選用丙烯酸、丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N，N-二甲基-N-甲基丙烯酰胺基丙基-N，N- 二甲基-N-丙烷磺酸內鹽或2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿。4.一種制備權利要求1所述的超高分子量聚乙烯人工關節承載部件的制備方法，其特征在于采用模板-濾取法制備，包括以下步驟: (1)將致孔劑粉末與超分子量聚乙烯粉末球磨共混得到復合粉末； (2)將步驟(I)中的復合粉末與純超高分子量聚乙烯分層放入模具中，真空熱壓成形制備塊體材料，然后...
【專利技術屬性】
技術研發人員：熊黨生，鄧亞玲，王琨，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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