[发明专利]改善生物相容性与摩擦学性能的聚乙烯人工关节及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于植入物医疗器械领域，特别是一种改善生物相容性与摩擦学性能的聚乙烯人工关节及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯关节臼与金属关节头组合形成的人工关节具有成本低的优势，目前仍然被临床广泛采用。日常活动中，人工关节在频繁的摩擦作用下极易发生磨损，尤其是软质材料侧。临床实验发现，超高分子量聚乙烯磨屑在体内积聚能诱发基体细胞产生一系列不良生物反应，导致假体周围骨质溶解和无菌松动，严重影响了人工关节的质量和使用寿命。因此，研究耐磨损、生物相容性好和性价比高的新型人工关节对提高人们的生活质量具有重要意义。

近年来，提高人工关节用超高分子量聚乙烯耐磨性的方法主要有γ射线辐照交联，碳纤维和填充纳米颗粒增强改性等。然而，这些方法在改善耐磨性的同时，是以牺牲超高分子量聚乙烯本身性能为代价，如射线辐照会导致聚乙烯降解，加速其老化；聚乙烯中填充的碳纤维和纳米颗粒对人体的影响如何还没有进行生物相容性和医学临床方面的评价。

研究发现，天然关节软骨表面滑膜腔及其浅表层界面处伸出由游离的蛋白聚糖和透明质酸聚等物质组成的刷状物。这种刷子型结构具有较强的水化能力，形成的水化层有效地起到润滑、降低摩擦力、减小磨损作用，赋予天然关节超润滑功能(摩擦系数在0.001到0.01之间)。天然关节软骨平均使用寿命达70年之久，远高于目前人工关节的使用寿命(20-30年)。模仿天然关节的软骨结构，在人工关节材料——聚乙烯表面接枝聚合物链形成类似于天然关节表面聚合物刷的结构，研究关节表面聚合物刷的构建及润滑机理具有重要的理论及实际应用价值。

2-甲基丙烯酰氧乙基磷脂酰胆碱(MPC)是细胞膜的重要组成部分之一，能阻止蛋白质沉积，具有极佳的生物形容性。

Uyama(Journal of Polymer Science Part C：Polymer Letters，1990，39：489-498)报道：通过紫外光照射将丙烯酰胺接枝到尼龙，聚丙烯，乙烯—醋酸乙烯酯共聚物，聚氟乙烯上后，发现水接触角和摩擦系数均大大降低。Kazuhiko Ishihara(Colloids and Surfaces B Biointerfaces，2000，18：325-335)在聚乙烯膜上接枝乙烯基比咯烷酮，2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱，其生物相容性及润湿性显著改善。应用表面接枝技术，在聚乙烯人工关节材料表面构建仿生聚合物刷，既保持了基体原有的特性，又引入了新的功能，改善了聚乙烯表面的润湿性、生物相容性，减少摩擦和磨损，从而起到减轻无菌松动和骨溶解，提高人工关节使用寿命的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善人工关节生物形容性和摩擦学性能的聚乙烯人工关节及制备方法，模拟天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构，在聚乙烯人工关节表面接枝聚合物刷，改善人工关节生物相容性与摩擦学性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种改善生物相容性与摩擦学性能的聚乙烯人工关节，包括关节头和超高分子量聚乙烯关节臼，与关节头相摩擦的超高分子量聚乙烯关节臼表面上接枝一层仿生聚合物刷层，该聚合物刷层由具有超润滑和亲水性聚合物链连接在聚乙烯表面形成刷状结构。

一种制备改善生物相容性与摩擦学性能的聚乙烯人工关节的方法，聚乙烯关节臼的摩擦面上涂覆光敏剂，放入单体溶液中，紫外光照射，引发单体聚合，并与超高分子量聚乙烯发生共聚反应，即在与关节头相摩擦的超高分子量聚乙烯关节臼表面上接枝了一层仿生聚合物刷层。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)模拟天然关节软骨表层滑膜腔的刷型结构和润滑减磨功能，在人工关节聚乙烯表面接枝生物形容性好的聚合物刷层，显著改善了人工关节的生物相容性，和摩擦学性能，可减轻其组织反应和无菌松动；(2)聚合物刷分子链是通过紫外光接枝技术化学键合于超高分子量聚乙烯表面，结合牢固；(3)采用本发明涉及方法制备的人工关节表面润湿性好，摩擦系数低。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是人工髋关节摩擦副示意图。

图2是摩擦界面I的放大图。

具体实施方式