[发明专利]氧化锌-超高分子量聚乙烯共混材料、其制备方法和用途及其形成的人工关节

说明书

本发明提供氧化锌‑超高分子量聚乙烯复合材料、其制备方法和用途及其形成的人工关节，以氧化锌‑超高分子量聚乙烯复合材料的总重量为基准计，所述氧化锌‑超高分子量聚乙烯复合材料包括1‑20wt％的氧化锌和80‑99wt％的超高分子量聚乙烯，其中所述氧化锌为粉末状。本发明的复合材料及由其形成的人工关节具有良好的生物相容性、生物活性、力学相容性、自润滑性抗摩擦能力以及抗炎症能力；其弹性模量、韧性以及断裂强度等力学性能与人骨相匹配，不会造成应力遮挡效应引发的人工关节假体材料松动以及骨吸收等负面效应，能够满足临床对于人工关节假体的需求。

技术领域

本发明涉及假体材料技术领域，具体来说涉及氧化锌-超高分子量聚乙烯共混材料、其制备方法和用途及其形成的人工关节。

背景技术

超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene，简称UHMWPE)是一种半结晶的高分子材料，微观尺度下，UHMWPE的碳原子链折叠成定向排布的片层晶相，片层晶相分布在碳原子链随机取向或分子链相互缠绕的非晶相结构中，分子链的相互缠绕将片层晶相结构联系在一起，从而抵抗材料的机械变形。与其他高分子材料相比，这种微观结构使UHMWPE具有良好的耐磨损性能、强度和抗疲劳性能，并且，改材料经过验证具有良好的生物相容性，是人工关节假体的较为理想的材料之一。

20世纪60年代初期，牛津大学的骨科医师John提出了不同于仅使用金属材料作为人工关节的新思路，其将金属材料与UHMWPE共同使用，在过去的50余年的时间里，该组合被当作人工关节置换的金标准组合。

UHMWPE作为人工关节置换的衬底材料，经过50余年的发展，其临床应用取得了重大成功。但是，其在应用期间，也产生了诸多问题。当人工关节假体植入人体后，UHMWPE材料须承受人体自身重量及人体运动产生的负荷，然而，UHMWPE是人工关节假体中最薄弱的部分，在长期的使用过程中会发生严重磨损和氧化，进而产生磨屑，并导致骨溶解产生无菌性松动，同时伴随着其耐磨性能的降低，最后会使UHMWPE关节失效。此时，关节需重新置换，患者不仅面临着痛苦，而且承担着一定的风险，同时面临着一定的经济压力。为了减轻病人的痛苦、降低风险、减小压力，延长假肢在人体内使用寿命，就必须对UHMWPE进行改性研究。。

为了提高UHMWPE耐磨损和抗氧化性能的同时不影响其疲劳强度，人们使用维生素E掺杂对UHMWPE进行改性，然而维生素E的加入会对其交联过程产生影响，因而其添加浓度受到限制。共混填充改性是UHMWPE改性中的有效方式之一，UHMWPE的填充改性是指将具有优异性能(抗氧化性、力学性能、耐磨性等)的材料填充到UHMWPE并以此来增强其性能的一种方法。填充物应具有增强UHMWPE力学性能及耐磨性的功能：例如碳纳米管，其可增强UHMWPE力学性能、耐磨性及化学稳定性并可降低自由基浓度；例如碳纳米纤维、氧化石墨烯等，其可增强UHMWPE力学性能、耐磨性及抗氧化性，目前研究较为广泛的是填充氧化石墨烯。然而通过填充碳纳米纤维、氧化石墨烯等材料，并不能从根本上解决磨屑引发的颗粒病的问题。

值得注意的是，氧化锌是少数几种通过FDA认证的能在人体内应用的无机纳米材料。在材料学研究中可以发现，氧化锌的加入有利于材料抗摩擦性能的提升，且有研究表明，氧化锌颗粒以及其所释放的Zn元素能有效抑制无菌性炎症的发生。

因此，构建氧化锌/超高分子量聚乙烯共混材料，有利于聚乙烯材料表面抗摩擦性能的提升，并有利于其在长期植入中，抑制无菌性炎症的产生，提升人工关节使用寿命，降低其植入失败风险。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明主要目的在于提供一种氧化锌-超高分子量聚乙烯共混材料、其制备方法和用途及其形成的人工关节，以解决人工关节材料UHMWPE在长期使用中，因该材料作为摩擦面的材料，摩擦性能不佳、磨屑的产生导致无菌性炎症以至于产生骨溶解以及假体松动等缺陷，难以维持长期稳定以及生物固定等技术问题。