CN103301509B - 一种带有仿生软骨层的关节窝制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种带有仿生软骨层的关节窝的制备工艺，属于仿生植入材料。采用原位化学交联的方式在人工关节材料表面结合仿生软骨材料层，实现带有仿生软骨层关节窝的仿生制造；材料包括：重铬酸氧化溶液、仿生软骨材料、接枝溶液和硬面基底；所述的重铬酸氧化溶液：重铬酸钾20%，浓硫酸80%；所述的仿生软骨材料：聚乙烯醇15%、去离子水82%、纳米羟基磷灰石3%；所述的接枝溶液：聚乙烯醇7%、浓硫酸1.5%、去离子水91.5%；所述的硬面基底：超高分子量聚乙烯关节窝；所述的聚乙烯醇纯度≥99%，重铬酸钾为分析纯级，浓硫酸为质量分数98%级；所述的物质的百分比均为质量百分比。优点：替代了软骨的作用，不易磨损松动、界面润滑性好、生物活性充足。

Description

一种带有仿生软骨层的关节窝制备工艺

技术领域

本发明涉及一种仿生植入材料，特别是一种带有仿生软骨层的关节窝的制备工艺。

背景技术

关节是人体承受载荷最大的生物摩擦副，软骨是位于骨与骨之间的软组织。日常生活中高频率的关节使用使关节软骨的损失和病变成为临床骨科的常见现象。由于体内关节软骨自身修复能力极其有限，一旦造成损伤或病变，很少能够自愈。目前临床使用了多种材料的关节组合方式，如金属/金属、陶瓷/陶瓷、聚合物/金属以及聚合物/陶瓷等。由于这些关节材料摩擦接触面皆为硬面-硬面关节组合，即使UHMWPE相对于金属和陶瓷属于软体摩擦副，但这类关节组合与人体天然关节的软骨/软骨接触面存在很大差异，人工关节接触面之间的磨损不可避免。目前常用的关节软骨修复材料主要有硅橡胶、聚氨酯、聚乙烯醇水凝胶等，然而这些软骨假体虽然在一定程度上能起到替代软骨的作用，但还存在易磨损松动、界面润滑性差、缺乏生物活性的不足，很难真正实现代替软骨功能。基于人体天然关节骨-软骨-骨的配副形式，仿生制造软骨-硬关节面组合的人工关节，是解决人工关节磨损和无菌性松动问题的最佳选择。针对软骨与硬面结合的方式，有通过机械-化学连接方法，首先使人工软骨(聚乙烯醇水凝胶)与金属纤维网实现微观机械嵌锁连接，然后用骨水泥(PMMA)将纤维网面与底层骨(或金属)粘接。

发明内容

本发明目的是要提供一种仿生软骨层与硬面关节窝基底结合的制备工艺，解决仿生软骨材料与硬面基底之间的结合性能差的问题。

本发明的实现方法：所需材料包括：重铬酸氧化溶液、仿生软骨材料、接枝溶液和硬面基底；所述的重铬酸氧化溶液：重铬酸钾20%，浓硫酸80%；所述的仿生软骨材料：聚乙烯醇15%、去离子水82%、纳米羟基磷灰石3%；所述的接枝溶液：聚乙烯醇7%、浓硫酸1.5%、去离子水91.5%；所述的硬面基底：超高分子量聚乙烯关节窝；所述的聚乙烯醇纯度≥99%，重铬酸钾为分析纯级，浓硫酸为质量分数98%级；所述的物质的百分比均为质量百分比。

带有仿生软骨层关节窝的制备工艺包括如下步骤：

a、超高分子量聚乙烯加工成关节窝；加工与关节窝配合的关节球，确保关节球与关节窝之间有2mm的间隙；

b、按照质量百分比称取重铬酸钾20%与浓硫酸80%置于容器中，将容器置于温度为75℃的恒温水浴锅中，搅拌使重铬酸钾和浓硫酸混合均匀，形成重铬酸氧化溶液；

c、将砂纸处理过的超高分子量聚乙烯关节窝浸入75℃重铬酸氧化溶液中进行氧化，保持10min，用镊子取出氧化后的超高分子量聚乙烯关节窝，用大量的去离子水冲洗；

d、按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒15%、羟基磷灰石3%和去离子水85%置于容器中，将容器放在室温下，使聚乙烯醇颗粒在室温下溶胀24h，接着将容器至于95℃的恒温水浴锅中，溶解聚乙烯醇制备出聚乙烯醇水凝胶溶液；按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒7%和去离子水91.5%置于容器，按上述步骤制备出聚乙烯醇水凝胶溶液，加入1.5%的浓硫酸作为催化剂搅拌制备出接枝溶液；

e、将氧化与清洗后的超高分子量聚乙烯关节窝浸入装有接枝溶液的容器中，将容器放入90℃的恒温水浴锅中，搅拌，反应2h，同时将装有去离子水的容器放入90℃的恒温水浴锅中；将接枝后的超高分子量聚乙烯关节窝从容器中取出，用90℃去离子水清洗捋去超高分子量聚乙烯关节窝上面没有结合的聚乙烯醇；

f、用胶带将超高分子量聚乙烯关节窝表面围成一个高出表面2mm的空间，将制备好的质量百分比为聚乙烯醇15%-羟基磷灰石3%的复合水凝胶加入到所围成的空间中，超声10min排出其中的气泡，盖上配套的关节球，使得聚乙烯醇15%-羟基磷灰石3%复合水凝胶的厚度为2mm；

g、将按上述方法处理后的超高分子量聚乙烯关节窝放入温度为-20℃的低温存储箱中冷冻6-10h后，取出超高分子量聚乙烯关节窝，用保鲜膜包裹，置于室温下解冻2-3h，之后再放入低温存储箱中进行冷冻，如此冷冻、解冻9次；

h、将制备好的关节窝试样，除去关节球和胶带，放入盛有去离子水的密封袋中保存。

有益效果，由于采用上述技术方案，将关节窝纵向切开，用砂纸打磨，结合界面未发生分离；将切开的打磨好的关节窝干燥除去水分，仿生软骨材料平铺于超高分子量聚乙烯关节窝表面上，未发生变形皱缩现象；仿生软骨材料与超高分子量聚乙烯关节窝硬面之间结合良好。

制备出来的仿生软骨层与硬面关节窝基底之间具有很强的结合能力，解决了仿生软骨材料与硬面基底之间的结合性能差的问题，达到了本发明的目的。

优点：一定程度上替代了软骨的作用，不易磨损松动、界面润滑性好、生物活性充足，真正实现了代替软骨功能。

附图说明

图1为本发明的未结合仿生软骨层的关节窝图。

图2为本发明的关节窝与关节球的装配图。

图3为本发明的带有仿生软骨层的关节窝图。

图4为带有仿生软骨的关节窝切开界面照片。

图5为放大倍数为200倍时结合界面的显微照片。

图6为放大倍数为600倍时结合界面的显微照片。

图7为放大倍数为400倍时结合界面的环境扫描电镜照片。

图8为放大倍数为1200倍时结合界面的环境扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例1：所需材料包括：重铬酸氧化溶液、仿生软骨材料、接枝溶液和硬面基底；所述的重铬酸氧化溶液：重铬酸钾20%，浓硫酸80%；所述的仿生软骨材料：聚乙烯醇15%、去离子水82%、纳米羟基磷灰石3%；所述的接枝溶液：聚乙烯醇7%、浓硫酸1.5%、去离子水91.5%；所述的硬面基底：超高分子量聚乙烯关节窝；所述的聚乙烯醇纯度≥99%，重铬酸钾为分析纯级，浓硫酸为质量分数98%级；所述的物质的百分比均为质量百分比。

带有仿生软骨层关节窝的制备工艺包括如下步骤：

a、超高分子量聚乙烯加工成关节窝；加工与关节窝配合的关节球，确保关节球与关节窝之间有2mm的间隙；

b、按照质量百分比称取重铬酸钾20%与浓硫酸80%置于容器中，将容器置于温度为75℃的恒温水浴锅中，搅拌使重铬酸钾和浓硫酸混合均匀，形成重铬酸氧化溶液；

c、将砂纸处理过的超高分子量聚乙烯关节窝浸入75℃重铬酸氧化溶液中进行氧化，保持10min，用镊子取出氧化后的超高分子量聚乙烯关节窝，用大量的去离子水冲洗；

d、按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒15%、羟基磷灰石3%和去离子水85%置于容器中，将容器放在室温下，使聚乙烯醇颗粒在室温下溶胀24h，接着将容器至于95℃的恒温水浴锅中，溶解聚乙烯醇制备出聚乙烯醇水凝胶溶液；按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒7%和去离子水91.5%置于容器，按上述步骤制备出聚乙烯醇水凝胶溶液，加入1.5%的浓硫酸作为催化剂搅拌制备出接枝溶液；

e、将氧化与清洗后的超高分子量聚乙烯关节窝浸入装有接枝溶液的容器中，将容器放入90℃的恒温水浴锅中，搅拌，反应2h，同时将装有去离子水的容器放入90℃的恒温水浴锅中；将接枝后的超高分子量聚乙烯关节窝从容器中取出，用90℃去离子水清洗捋去超高分子量聚乙烯关节窝上面没有结合的聚乙烯醇；

f、用胶带将超高分子量聚乙烯关节窝表面围成一个高出表面2mm的空间，将制备好的质量百分比为聚乙烯醇15%-羟基磷灰石3%的复合水凝胶加入到所围成的空间中，超声10min排出其中的气泡，盖上配套的关节球，使得聚乙烯醇15%-羟基磷灰石3%复合水凝胶的厚度为2mm；

g、将按上述方法处理后的超高分子量聚乙烯关节窝放入温度为-20℃的低温存储箱中冷冻6-10h后，取出超高分子量聚乙烯关节窝，用保鲜膜包裹，置于室温下解冻2-3h，之后再放入低温存储箱中进行冷冻，如此冷冻、解冻9次；

h、将制备好的关节窝试样，除去关节球和胶带，放入盛有去离子水的密封袋中保存。

Claims (1)

1.一种带有仿生软骨层的关节窝制备工艺，包括使用材料：重铬酸氧化溶液、仿生软骨材料、接枝溶液和硬面基底；所述的重铬酸氧化溶液：重铬酸钾20%，浓硫酸80%；所述的仿生软骨材料：聚乙烯醇15%、去离子水82%、纳米羟基磷灰石3%；所述的接枝溶液：聚乙烯醇7%、浓硫酸1.5%、去离子水91.5%；所述的硬面基底：超高分子量聚乙烯关节窝；所述的聚乙烯醇纯度≥99%，重铬酸钾为分析纯级，浓硫酸为质量分数98%级；所述的物质的百分比均为质量百分比；其特征是：包括如下步骤：

a、超高分子量聚乙烯加工成关节窝；加工与关节窝配合的关节球，确保关节球与关节窝之间有2mm的间隙；

b、按照质量百分比称取重铬酸钾20%与浓硫酸80%置于容器中，将容器置于温度为75℃的恒温水浴锅中，搅拌使重铬酸钾和浓硫酸混合均匀，形成重铬酸氧化溶液；

c、将砂纸处理过的超高分子量聚乙烯关节窝浸入75℃重铬酸氧化溶液中进行氧化，保持10min，用镊子取出氧化后的超高分子量聚乙烯关节窝，用大量的去离子水冲洗；

d、按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒15%、纳米羟基磷灰石3%和去离子水82%置于容器中，将容器放在室温下，使聚乙烯醇颗粒在室温下溶胀24h，接着将容器置于95℃的恒温水浴锅中，溶解聚乙烯醇制备出聚乙烯醇水凝胶溶液；按质量百分比称取聚乙烯醇颗粒7%和去离子水91.5%置于容器，按上述步骤制备出聚乙烯醇水凝胶溶液，加入1.5%的浓硫酸作为催化剂搅拌制备出接枝溶液；

e、将氧化与清洗后的超高分子量聚乙烯关节窝浸入装有接枝溶液的容器中，将容器放入90℃的恒温水浴锅中，搅拌，反应2h，同时将装有去离子水的容器放入90℃的恒温水浴锅中；将接枝后的超高分子量聚乙烯关节窝从容器中取出，用90℃去离子水清洗捋去超高分子量聚乙烯关节窝上面没有结合的聚乙烯醇；

f、用胶带将超高分子量聚乙烯关节窝表面围成一个高出表面2mm的空间，将制备好的质量百分比为聚乙烯醇15%-纳米羟基磷灰石3%的复合水凝胶加入到所围成的空间中，超声10min排出其中的气泡，盖上配套的关节球，使得聚乙烯醇15%-纳米羟基磷灰石3%复合水凝胶的厚度为2mm；

g、将按上述方法处理后的超高分子量聚乙烯关节窝放入温度为-20℃的低温存储箱中冷冻6-10h后，取出超高分子量聚乙烯关节窝，用保鲜膜包裹，置于室温下解冻2-3h，之后再放入低温存储箱中进行冷冻，如此冷冻、解冻9次；

h、将制备好的关节窝试样，除去关节球和胶带，放入盛有去离子水的密封袋中保存。