CN105287057B - 人工股骨头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工股骨头，包括碳纳米管水凝胶复合层(1)、细菌纤维素水凝胶复合层(2)、固体核心(3)、边界润滑层(5)和纵向纤维(6)，碳纳米管水凝胶复合层(1)由掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝胶组成，细菌纤维素水凝胶复合层(2)由浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素组成，纵向纤维(6)从固体核心(3)中一直延伸到碳纳米管水凝胶复合层(1)内部。本发明结构简单紧凑，可以有效提高关节抗冲击性能和润滑性能。

Description

人工股骨头

技术领域

本发明涉及一种用于人工髋关节置换的人工股骨头，具体是一种通过梯度纤维结构实现缓冲冲击和增加润滑的人工股骨头。

背景技术

人工关节是用生物相容性与机械性能良好的生物医用材料制成的一种类似人体骨关节结构的假体。人工关节置换是指用这类人工关节替代或置换病损或损伤的关节，具有重建关节功能、解除关节疼痛、矫正关节畸形、保持关节稳定性和修复肢体长度等综合优势，是临床验证的有效治疗途径。自1972年Charnley提出髋关节置换奠定人工关节置换的基础以来，已成为举世公认的一项人工材料在人体中使用最成功的外科技术之一。人工关节置换中髋关节和膝关节置换占据较高比例。

髋关节是人体最大的球窝关节，它是由环形的股骨头和杯状的髋臼组成。当髋关节病损后，需要用人工髋关节进行置换。典型的人工全髋关节假体包括关节柄、关节头、关节臼和关节外衬组成。关节置换后，在人体运动过程中，关节头和关节臼之间进行复杂的摩擦运动，代替了人体的天然的股骨头和杯状的髋臼摩擦。在人工髋关节的运动过程中，关节头和关节臼之间通过接触和相对运动以承载人体重量，同时对各种冲击予以缓冲。现有传统人工髋关节中，一般用陶瓷或金属等硬质材料做关节头，陶瓷或金属的弹性模量都很大，与弹性模量较小的人体天然关节头差异很大，不利于人工髋关节抗冲击性能和润滑性能的提高。

专利申请号为201010299147.7的专利公开了一种多层壳芯复合结构件组成的人工髋关节，该型关节中人工髋臼和人工股骨头都具有多层壳芯复合结构，主要由陶瓷髋臼内衬、过渡层和多孔金属或陶瓷等构成，采用了梯度结构，但表面和复合层中用的是硬质陶瓷或合金材料，复合层中没有纵向纤维支撑，与弹性模量较小的人体天然关节头差异很大，影响人工髋关节抗冲击性能和润滑性能的提高。

本发明的目的是提供一种人工股骨头，具体是可用于代替人体天然股骨关节头的装置。

发明内容

本发明为具有梯度纤维结构的人工股骨头。根据本发明，人工股骨头是通过下述技术方案实现的：所述人工股骨头具有复合结构，包括碳纳米管水凝胶复合层、细菌纤维素水凝胶复合层、固体核心、边界润滑层和纵向纤维，所述碳纳米管水凝胶复合层由掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝胶组成，所述细菌纤维素水凝胶复合层由浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素组成，所述纵向纤维从固体核心中一直延伸到碳纳米管水凝胶复合层内部并呈现放射状分布。所述固体核心是球形，所述固体核心是由多孔固体材料组成，所述固体核心内有关节柄插孔。

上述技术方案中，人工股骨头使用的聚乙烯醇水凝胶材料本身具有良好的弹性，弹性模量接近天然软骨材料，具有天然的多孔结构而能够吸收和储存关节滑液，当受压时释放关节滑液作为润滑，利于提高润滑性能；细菌纤维素是微生物发酵产生的链状高分子聚合物，具有纳米级超细网状结构，具有高比表面积、良好的亲水性和生物相容性；碳纳米管具有良好的力学、电学、光学以及热学性能。细菌纤维素和碳纳米管与聚乙烯醇水凝胶复合并用于本方案后，能够得到抗疲劳、抗磨损和承载能力显著提高的人工股骨头。

本发明的特点和优势包括：结构简单紧凑，通过人工股骨头的不同材料层富有弹性的梯度构造和多孔结构，在发生弹性变形时吸收和释放滑液，提高关节抗冲击性能和润滑性能。

附图说明

图1是本发明所述人工股骨头的剖视图。

图1中，1为碳纳米管水凝胶复合层，2为细菌纤维素水凝胶复合层，3为固体核心，4为关节柄插孔，5为边界润滑层，6为纵向纤维。

具体实施方式

下面以非限定性的实施例来进一步解释、说明本技术方案。

本发明所述人工股骨头如图1所示，所述人工股骨头具有复合结构，包括碳纳米管水凝胶复合层1、细菌纤维素水凝胶复合层2、固体核心3、边界润滑层5和纵向纤维6，所述碳纳米管水凝胶复合层1由掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝胶组成，所述细菌纤维素水凝胶复合层2由浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素组成，所述纵向纤维6从固体核心3中一直延伸到碳纳米管水凝胶复合层1内部，所述固体核心3是球形，所述固体核心3是由多孔固体材料组成，所述固体核心3内有关节柄插孔4。

所述碳纳米管水凝胶复合层1是由掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝胶组成，碳纳米管水凝胶复合层1含碳纳米管的质量分数可在0.1％到3％范围，所述细菌纤维素水凝胶复合层2是由浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素组成，所述纵向纤维6在人工股骨头中由固体核心3到碳纳米管水凝胶复合层1呈现放射状分布，所述纵向纤维6为医用无菌纤维，所述边界润滑层5由磷脂组成，作为边界润滑剂。

安装时，把人工髋关节的关节柄插入固体核心3的关节柄插孔4中，为保证关节柄与关节柄插孔4紧密配合，关节柄与关节柄插孔4可用锥形孔和锥形轴配合，然后将安装了人工股骨头的关节柄插入人体股骨髓腔并用骨水泥固定，此时人工股骨头和关节柄安装完毕，可与人工关节臼或天然关节臼配合实现关节功能。

当关节承受冲击载荷时，人工股骨头的碳纳米管水凝胶复合层1和细菌纤维素水凝胶复合层2因具有良好弹性而发生变形以抵抗冲击，与传统的金属、陶瓷等硬质人工关节头相比，能减少对人体的损伤。碳纳米管水凝胶复合层1和细菌纤维素水凝胶复合层2都属于强化后的水凝胶材料，利于提高抗压能力并减少冲击引起的疲劳破坏。

碳纳米管水凝胶复合层1和细菌纤维素水凝胶复合层2具有多孔结构，能够吸收关节滑液，当关节运动过程中，关节头受压之后，碳纳米管水凝胶复合层1和细菌纤维素水凝胶复合层2发生变形并释放部分吸收的关节滑液，提高了关节的润滑性能。固体核心3具有的多孔结构能储存关节滑液，用于供给细菌纤维素水凝胶复合层2发生变形时对关节滑液的吸收和释放功能。

Claims (2)

1.一种人工股骨头，其特征在于：所述人工股骨头具有复合结构，从外到内依次包括边界润滑层（5）、碳纳米管水凝胶复合层（1）、细菌纤维素水凝胶复合层（2）和固体核心（3），另外还包括从固体核心（3）中一直延伸到碳纳米管水凝胶复合层（1）内部的纵向纤维（6），所述碳纳米管水凝胶复合层（1）由掺杂碳纳米管的聚乙烯醇水凝胶组成，所述细菌纤维素水凝胶复合层（2）由浸渍聚乙烯醇水凝胶的细菌纤维素组成。

2.根据权利要求1所述人工股骨头，其特征在于：所述固体核心（3）是球形，所述固体核心（3）是由多孔固体材料组成，所述固体核心（3）内有关节柄插孔（4）。