[发明专利]伽马射线辐照纳米颗粒增强超高分子量聚乙烯复合材料及其制法

说明书

技术领域

本发明属于植入体器件用材料，适合于人工关节承载材料和人工椎间盘假体等承载材料，特别是一种伽马射线辐照纳米颗粒增强超高分子量聚乙烯复合材料及其制法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有良好的化学稳定性、抗冲击性能和摩擦磨损性能，作为关节摩擦承载材料已有40多年的历史，是目前仍然普遍采用人工关节材料，但其磨损产生的磨屑是导致人工关节无菌松动和晚期失效的主要因素。辐照可提高UHMWPE交联度、硬度和耐磨性。测试显示γ-射线辐照交联可以使UHMWPE在髋关节模拟器上的耐磨性提高90％以上(SM Kurtz，OK Muratoglu，M Evans，AA Edidin.Advances in the processing，sterilization，and crosslinking of ultra-highmolecular weightpolyethylene for total joint arthroplasty.Biomaterials 1999；20：1659-1688.)，但γ-射线辐照难以提高UHMWPE在膝关节模拟器上的耐磨性(A.Wang，A.Essner，V.K.Polineni，C.Stark and J.H.Dumbleton，Tribology International 1998，31，(1-3)：17-33)；而且γ-射线辐照会引起氧化降解，剂量一般不高(玄丞杰，冈正典，人工关节用超高分子量聚乙烯形成物及其制造方法，中国发明专利，公开号：CN1135762A)。电子束辐照能增强UHMWPE的耐磨性，但电子束辐照使UHMWPE表面产生较深的氧化层，去除较厚的氧化层后才可使用，而且电子束辐照属视线加工，臼杯的曲面部分得不到辐照(O.K.Muratoglua，D.O.O’Connora，C R Bragdon，Gradient crosslinking of UHMWPE usingirradiation in molten statefor total joint arthroplasty.Biomaterials，2002，23：717-724)；Brian C.Anderson等用粒径为45-53μm的Al-Cu-Fe准晶粉末对UHMWPE进行填充改性，制备的30vol％Al-Cu-Fe/UHMWPE复合材料的磨损体积比纯UHMWPE的下降35％，而且Al-Cu-Fe/UHMWPE复合材料的细胞毒性反应与UHMWPE一致。论文认为是一种有潜力的人工关节髋臼罩的材料。但该摩擦试验是在干摩擦进行，并且Al-Cu-Fe准晶粉末填充后增加了摩擦偶件440钢球的磨损量(Brian C.Anderson，PaulD.Bloom，et al.Al-Cu-Fe quasicrystal/ultra-high molecular weight polyethylene compositesas biomaterials for acetabular cup prosthetics.Biomaterials，2002(23)：1761-1768)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过伽马射线辐照纳米颗粒/UHMWPE复合材料，提高交联度，获得高耐磨长寿命人工关节摩擦承载材料。

本发明另一目的是获得该材料的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种伽马射线辐照纳米颗粒增强超高分子量聚乙烯复合材料，首先以纳米颗粒为导入的交联点，使其均匀分散填充在UHMWPE粉末中，热压后形成具有网络结构的纳米颗粒/UHMWPE复合材料；再对纳米颗粒/UHMWPE复合材料进行γ-射线辐照处理。

一种实现上述的伽马射线辐照纳米颗粒增强超高分子量聚乙烯复合材料的制法，包括以下步骤：

(1)对超高分子量聚乙烯粉末进行细分筛选；

(2)用含偶联剂的乙醇溶液对纳米颗粒进行修饰；

(3)将填充粒子与超高分子量聚乙烯粉末充分混合；

(4)对混合后的粉末进行分散；

(5)将混合粉末加入模具中，热压成型制备出块体复合材料；

(6)用γ-射线对复合材料进行辐照交联处理；

(7)用真空加热炉对辐照后的复合材料进行真空热处理，即得到纳米颗粒增强超高分子量聚乙烯复合材料。