[发明专利]一种高交联高抗氧剂掺杂的人工关节假体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高交联高抗氧剂掺杂的人工关节假体材料及其制备方法。该人工关节材料由多酚抗氧化剂以及医用级超高分子量聚乙烯组成，与有机过氧化物共混后压制成型制得，包括以下步骤：（1）多酚抗氧化剂掺杂超高分子量聚乙烯；（2）有机过氧化物共混；（3）压制成型。本发明采用有机过氧化物作为化学交联剂，提升了高含量多酚抗氧剂稳定超高分子量聚乙烯材料的交联密度，同时更高的多酚添加量使材料具有更好的氧化稳定性。所制备的人工关节假体材料兼具高耐磨性及高抗氧化性，可提高体内使用寿命及体外储存稳定性。

技术领域

本发明属于生物医用高分子材料高性能化领域，具体涉及一种高交联高抗氧剂掺杂的人工关节假体材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）作为替代膝关节半月板和髋关节髋臼软骨的人工关节衬垫材料，具有良好的机械性能、抗冲击性、耐疲劳性、自润滑性以及生物相容性（美国专利USRE44762E1，US20110112646A1）。然而，在体内长期服役过程中UHMWPE与配副材料摩擦产生磨屑，导致人体免疫排斥反应，严重时甚至需要二次手术（Atkins GJ, et al. ActaBiomaterialia, 2016, 33, 242-251.）。辐照交联可有效改善UHMWPE的耐磨损性能，已被广泛用于制备高耐磨植入体。但辐照诱发的自由基会长期受困于UHMWPE晶区中，与溶解氧反应使材料氧化降解，导致假体材料的物理机械性能大幅下降，最终变脆失效（PuppulinL, et al. Acta Biomaterialia, 2016, 38,168-178）。

目前有几种改善辐照交联UHMWPE材料氧化稳定性的方法。如，高温热处理促进UHMWPE分子链运动，使残余自由基相互反应，已达到消除自由基的效果（美国专利US5879400A，US20150266210A1）。但UHMWPE晶区的熔融使晶片厚度变薄和结晶度下降，导致材料力学性能显著下降（Oral E, et al. Biomaterials, 2006, 27, 917-925.）。添加生物相容性抗氧剂可以在不影响材料力学性能的同时提高UHMWPE抗氧化性。其中，受阻酚类抗氧剂具有优异的抗氧化效果，酚羟基可提供质子氢猝灭自由基，从而阻断氧化联级反应（日本专利JP11239611A, 美国专利6277390B1, 美国专利US6448315）。然而，由于酚类抗氧剂使自由基快速灭活，阻碍了辐照诱导自由基的相互反应，大幅降低辐照交联效率。研究表明，仅添加量0.2 wt%酚类抗氧剂就导致UHMWPE的交联密度无法随辐照剂量升高而增加（Oral E, et al. Biomaterials 2008, 29, 3557-3560）。而且单方面的提高辐照计量，UHMWPE的力学性能也会有大幅劣化。

综上可见，当前研发UHMWPE人工关节假体材料的主要矛盾在于难以同时提高的酚类抗氧剂的添加量和UHMWPE的交联密度，这其中的根本原因在于酚类抗氧化剂阻碍辐照诱导自由基的交联反应，限制了高含量抗氧剂掺杂的UHMWPE人工关节材料的辐照交联效率。

发明内容

针对当前技术不足，本发明的目的在于提供一种高交联高抗氧剂掺杂的人工关节假体材料的制备方法。采用有机过氧化物化学交联UHMWPE，其优势在于，有机过氧化物受热分解产生的自由基可引发UHMWPE分子链发生抽氢反应，使分子链快速交联。而多酚抗氧剂由于苯环空间位阻分子移动性差，猝灭自由基需要时间较长，所以有机过氧化物交联UHMWPE过程中难以清除新生成的自由基。因此，提高多酚抗氧剂的添加量不影响UHMWPE的交联效率，在材料储存过程中及植入体内后可继续发挥其优异的抗氧化活性。该方法有效提升了抗氧化剂的掺杂量，同时不影响交联效率，使所制备的材料兼具高交联高抗氧双重特性，有利于提高超高分子量聚乙烯人工关节植入体的长期使用寿命。

本发明的第一个方面，提供了：

一种高交联高抗氧化剂掺杂的人工关节假体材料，包括：有机过氧化物化学交联的UHMWPE，以及抗氧化剂。