[发明专利]一种人工关节软骨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水凝胶软材料化学修饰方法，尤其涉及一种新型人工关节软骨材料PAM-ALG-GO-HA的制备方法。 

背景技术

随着仿生学与新材料领域的交叉发展，仿生人体结构制备性能优异的新材料研究日益受到重视。人体膝关节表面覆盖的一层2～7mm厚的光滑、有弹性的组织-关节软骨，能承受人一生中周而复始的各种高负荷的压力与冲击，自然寿命可高达70～80年之久，并可以使关节自由活动，同时可以吸收人体活动时振动所产生的能量，起到缓冲和保护关节的作用。而目前人工膝关节置换材料的“金标准”是钴基合金和超高分子量聚乙烯，这种标准仅用硬的超高分子量聚乙烯作为假体关节接触面间的材料，一方面不能有效地分散关节在运动中产生的应力，会造成植入假体松动和脱位；另一方面，长期临床观察显示，超高分子量聚乙烯材料在长期服役过程中会和周围金属合金摩擦从而产生磨屑，最终人工关节的晚期磨损会非常严重。这些失效现象与当前人工关节设计没有仿生人体关节的天然结构，没有设计关节软骨等缺陷有很大的关系，所以制备新型人工关节软骨材料显得尤为必要和紧迫。 

PAM-ALG新型水凝胶材料以其自身类似于天然软骨的显微孔状结构、高的吸水性和弹性、良好的生物相容性和一定的自我修复功能等特性有望在人工软骨、人工肌肉以及柔性机器人制造等领域获得应用。但是据测算，在人的日常走路运动中，膝关节处软骨承载的应力是人体体重的1.2～7.2倍，髋关节处软骨承载的应力是人体体重的2.5～5.8倍。在承受如此高的应力下，这种软材料作为人工关节软骨置换材料，其力学性能还不能满足在人体正常运动活动中对关节软骨承受高应力的要求。其次，这种软材料作为人工肌肉等其他人工软组织置换材料，尽管本身具有强的生物相容性但是因其生物活性差，不能与周围组织整合。所以，有必要根据其具体的应用环境对PAM-ALG水凝胶作进一步的改进。 

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种人工关节软骨材料及其制备方法，采用氧化石墨烯和羟基磷灰石对聚丙烯酰胺-海藻酸钠水凝胶进行化学修饰，充分发挥水凝胶类似于天然关节软骨的特点，用具有优异力学性能的GO纳米片和良好生物活性的HA对PAM-ALG水凝胶进行化学修饰，有效地提高了PAM-ALG水凝胶的力学性能和生物活性。 

为了解决上述技术问题，本发明一种人工关节软骨材料，其特征在于，用氧化石墨烯和羟基磷灰石修饰聚丙烯酰胺-海藻酸钠水凝胶，并采用自由基聚合反应制备得到的聚丙烯酰胺-海藻酸钠-氧化石墨烯-羟基磷灰石复合水凝胶。 

本发明一种人工关节软骨材料的制备方法，包括以下步骤： 

配制氧化石墨烯纳米片水溶液，超声处理，使氧化石墨烯纳米片溶液温度保持在10-50℃范围； 

将颗粒度为10-1000nm的针状纳米羟基磷灰石颗粒均匀分散于氧化石墨烯纳米片水溶液中，混合过程中，水溶液温度范围控制在10-80℃，均匀混合后，得到羟基磷灰石和氧化石墨烯稳定的混合水溶液； 

在无氧保护环境下，在上述混合水溶液中依次加入自由基聚合反应合成聚丙烯酰胺和海藻酸钠水凝胶的原材料，经过20-90min，在30～70℃温度下通过自由基聚合反应，从而得到聚丙烯酰胺-海藻酸钠-氧化石墨烯-羟基磷灰石复合水凝胶。 

进一步讲，本发明中，聚丙烯酰胺-海藻酸钠-氧化石墨烯-羟基磷灰石复合水凝胶中丙烯酰胺单体：海藻酸钠单体：氧化石墨烯：羟基磷灰石的质量比为500：（40-70）：（1-5）：（5-35）。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

本发明充分利用氧化石墨烯（GO）纳米片本身的二维结构和表面具有的官能团及羟基磷灰石（HA）优异的生物活性对聚丙烯酰胺-海藻酸钠（PAM-ALG）水凝胶进行化学修饰，有效地提高了PAM-ALG水凝胶的力学性能和生物活性，扩大了PAM-ALG水凝胶的应用范围，具有明确的科学意义和巨大的应用价值。 

附图说明

图1是本发明实施例1中PAM-ALG水凝胶及PAM-ALG-GO-HA复合水凝胶（c和d）的显微形貌图；其中a和b为PAM-ALG水凝胶的显微形貌图，c和d为PAM-ALG-GO-HA复合水凝胶的显微形貌图； 

图2是本发明实施例1中GO，HA，PAM-ALG水凝胶，PAM-ALG-HA及PAM-ALG-GO-HA复合水凝胶的红外光谱图； 

图3是本发明实施例1中PAM-ALG水凝胶及PAM-ALG-GO-HA复合水凝胶的压缩试验应力-应变图。 

具体实施方式