[发明专利]全关节植入用自增强聚乙烯共混物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料领域，涉及一种全关节植入用自增强高分子材料制备方法。

背景技术

人工全关节置换术是目前临床治疗严重关节损伤和关节坏死的最佳治疗方案之一，主要包括全髋关节置换和全膝关节置换，可有效解决关节疼痛、减少患者痛苦及恢复关节功能，很大程度上改善了人体的运动机能，为人类的生产生活带来了极大便利。人体关节功能非常复杂，如，具有多个方向的活动能力，且能承受一定的压、拉，折、屈等负荷及具耐磨性良好，因此，人工关节的选材要求很高，如机械物理性能良好，化学性能稳定高，对组织没有刺激（生物相容性好）。超高分子量聚乙烯（以下简称UHMWPE）是一种综合性能优异的高分子材料，具有其它高分子材料无法比拟的抗冲击性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、自润滑性及生物相容性，是目前最重要的人工关节用高分子材料。

UHMWPE属线性大分子结构，分子链很长，物理缠结点密度大，熔体粘度很高，流动性极差，导致UHMWPE很难加工。因此，目前UHMWPE植入体仍采用压缩模塑和柱塞式挤出等生产效率极低的加工方法。这些加工方法使UHMWPE在高温下停留时间过长而氧化降解，发生断链反应，形成含双键、自由基等对人体有潜在危害的物质，也导致制品力学性能下降。因此，避免在高温下长时间停留而产生氧化降解是人工关节高分子材料加工需要解决的重要问题。

UHMWPE的力学性能、耐磨性等综合性能决定人工关节高分子材料的使用期限，在改善UHMWPE某些性能的同时不降低甚至增加其它性能是人工关节高分子材料需要解决的另一个重要问题。UHMWPE人工关节植入体在长期使用过程中产生磨损，磨屑散布到周围组织会引发骨溶解现象。为了改善UHMWPE植入体的耐磨性，科学家做了各种尝试，其中最具代表性是美国麻省理工大学和哈佛医学院附属麻省总医院的研究小组将UHMWPE植入体进行辐照交联，大幅度提高了UHMWPE植入体的耐磨性（Muratoglu OK, et al. Biomaterials, 1999, 20: 1463），如磨损速率从未经辐照交联的9.8±0.7mg/MC降低到交联后的0.1±0.1mg/MC。但辐照交联UHMWPE植入体的耐疲劳性、拉伸强度和冲击强度有所降低，且在植入体内引入了大量的自由基。残留的自由基会引起UHMWPE氧化，并降低植入体力学性能。尽管用自由基扑捉剂/抗氧化剂可较好稳定辐照交联UHMWPE植入体中存在的自由基（Oral E, et al. Biomaterials, 2004, 25: 5515），但辐照交联UHMWPE植入体的耐疲劳性、拉伸强度和冲击强度仍不理想。另外，利用高温高压使UHMWPE发生相转变，即高压结晶提高UHMWPE的力学性能，此法可在一定程度上提高UHMWPE的拉伸强度、弹性模量等，但疲劳韧性下降，植入体临床表现为易发生片层剥离（Simis KS, et al. Biomaterials, 2006, 27: 1688），且还存在高温下长时间停留而产生氧化降解等问题。

综上所述，提高UHMWPE植入体的综合性能，特别是力学性能、耐磨性及氧化稳定性仍是人工关节高分子材料研究的重点。力学性能与耐磨性密切相关，提高植入体力学性能，增加制品刚性，可有效改善其耐磨性（Oral E, et al. Biomaterials, 2010, 31: 7051）；氧化稳定性与加工中高温停留时间相关，减少停留时间可很好改善氧化稳定性。因此，改善UHMWPE人工关节植入体综合性能可从提高力学性能和开发成型加工新工艺入手。增强剂增强和自增强是目前改善高分子材料力学性能的常用方法，增强剂增强是指将增强相如玻璃纤维、碳纤维、晶须等与基体聚合物复合，得到复合增强材料，这将带来所谓的“界面问题”，并且人工关节材料通常有生物相容性等特殊要求，显然增强剂增强对于人工关节材料不适用。自增强是在加工中原位形成增强相（如形成shish-kebab晶体），增强相和基体聚合物具有相同的化学结构，不存在界面问题（Postema AR, et al. Polymer, 1997, 38: 5557），此外，控制增强相的尺寸，使之处于分子结构或超分子结构的水平，分子链局部有序排列，甚至形成双连续互锁结构，增强效果十分显著，使之可能成为提高人工关节材料力学性能的有效途径。

发明内容