[发明专利]一种人工关节用超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌合聚合物大分子链的人工关节用超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及能够在长期摩擦磨损作用下，仍能保持较好耐磨性的人工关节用复合材料。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 具有耐冲击、耐低温、耐磨损、耐化学腐蚀、自润滑等优异的综合性能，是目前广泛采用的人工关节材料。临床实验发现，作为髋臼杯的超高分子量聚乙烯与金属等硬质材料的股骨头部件组合成的人工关节，在长期使用过程中，摩擦磨损产生的大量磨屑，尤其是髋臼杯产生的聚乙烯磨屑，聚积并诱发机体细胞产生一系列不良生物反应，释放大量溶骨因子导致假体周围产生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。此外，由于聚乙烯是非极性材料，表面能很低，表面呈惰性和疏水性，其吸水性及与其他极性高分子、无机填料或金属的相容性较差，限制了其进一步应用。

利用接枝技术对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行改性已有报道。块体交联聚乙烯表面接枝2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱后，耐磨性得到显著改善，生物相容性得到有效提高[Masayuki Kyomoto, Toru Moro, Fumiaki Miyaji, et al. Effect of 2-methacryloyoxyethyl phosphorylcholine concentration on photo-induced graft polymerization of polyethylene in reducing the wear of orthopaedic bearing surface. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2007.]。在交联聚乙烯表面接枝非离子、阳离子、阴离子或两性离子聚合物制备纳米尺度的亲水聚电解质层，摩擦系数降低、耐磨性得到有效提高[Masayuki Kyomoto, Toru Moro, Kenichi Saiga, et al. Biomimetic hydration lubrication with various polyelectrolyte layers on cross-linked polyethylene orthopedic bearing materials. Biomaterials,2012.]。

但是，现有的研究只考虑了对已有的超高分子量聚乙烯块体关节材料进行表面改性，表面接枝聚合物层的厚度为纳米级，约为100nm[T.Moro, Y.Takatori, M.Kyomoto, et al. Surface grafting of biocompatible phospholipid polymer MPC provides wear resistance of tibial polyethylene insert in artificial knee joints. Osteoarthritis and Cartilage, 2010,18:1174-1182. Cartilage-mimicking, High-density Brush Structure Improves Wear Resistance of Crosslinked Polyethylene. Clinical Orthopaedic and Related Research,2011,469:2327-2336.]。在长期的摩擦磨损状态下，该人工关节材料表面接枝的聚合物大分子链与基体表面逐渐剪切脱离，接枝聚合物层的厚度逐渐变薄，最终基体与对磨材料直接接触，摩擦系数增大，与未改性材料的摩擦系数相当。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌合聚合物大分子链的人工关节用超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法，以及利用该复合材料制备的人工关节。用该种材料制成的人工关节能有效降低摩擦系数和磨损率，延长使用寿命。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种嵌合聚合物大分子链的人工关节用超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述人工关节用超高分子量聚乙烯复合材料可由聚合物大分子链与超高分子量聚乙烯粉末嵌合而成，也可以由聚合物大分子链与超高分子量聚乙烯粉末嵌合而成的表层与纯超高分子量聚乙烯构成的基底部分组成。其制备方法，包括以下步骤：

1、将超高分子量聚乙烯粉末置于二苯甲酮溶液中避光静置，随后避光真空干燥；

2、将表面涂覆光敏剂(二苯甲酮)的超高分子量聚乙烯粉末加入到欲接枝的单体溶液中，搅拌均匀，紫外光辐照，辐照结束后将粉末洗涤干燥；