[发明专利]带有表面耐磨层的超高分子量聚乙烯人工关节及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于植入体器件，特别是一种带有表面耐磨层的超高分子量聚乙烯人工关节与制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（Ultra High Molecular Weight Polyethylene，简称UHMWPE）是一种具有低摩擦，低磨耗的热塑性工程塑料，作为承载材料用于人工关节臼杯已有五十年的历史，临床上目前主要应用于人工髋关节，膝关节和腕关节，与金属合金或者陶瓷关节球头配合组成关节摩擦副。在人体生理冲击加载和多向运动条件下，UHMWPE关节臼杯经长期使用后会产生大量细小的磨屑，从而诱发巨噬细胞产生一系列不良生理反应，释放溶骨因子，导致固定和配合良好的人工关节发生无菌松动，最终失效。由无菌松动所导致的人工关节失效比例占到其失效比例的50%以上，可以认为磨损是人工关节晚期失效的主要原因。因此，提高UHMWPE耐磨性，减少UHMWPE磨屑，是提高人工关节使用寿命的关键所在。

辐照交联可以有效地提高UHMWPE的耐磨性，但辐照后材料力学性能下降[Steven M. Kurtz. The UHMWPE handbook: ultra-high molecular weight polyethylene in total joint replacement. 1st ed. London: Elsevier Academic Press, 2004.]，关节臼杯的承载能力减弱，在人工关节生理冲击加载的情况下容易出现早期的失效[Lei Xiong, Dangsheng Xiong, Yuanyuan Yang, Jiabo Jin. Friction, wear and tensile properties of vacuum hot pressing crosslinked UHMWPE/nano-HAP composites. Journal of Biomedical Materials Research B: Applied Biomaterials, Volume 98B, Issue 1，127-138，2011]，辐照交联后膝关节的耐磨性低于髋关节臼杯的耐磨性[Fisher J, McEwen HM, Tipper JL, et al. Wear, debris, and biologic activity of cross-linked polyethylene in the knee: benefits and potential concerns. Clinical Orthopaedics & Related Research, 2004,428:114-119.]，专利CN201010129279.5提到一种抗辐照氧化的人工关节臼的制备方法，该方法可以抑制人工关节材料在辐照过程中的氧化问题，但整体材料仍然为辐照后的材料，材料的力学性能无法保证，因此有必要提出一种新型的既具有耐磨表层，同时又能保持基底良好力学性能的新型人工关节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦表面具有耐磨性，基体保持原有超高分子量聚乙烯良好韧性和力学性能的人工关节摩擦部件及其制备方法。通过提高耐磨性，减少磨屑，到达抑制骨溶解和无菌松动的作用，延长人工关节使用寿命。

本发明的原理是：耐磨层，是以分散在超高分子量聚乙烯中的纳米颗粒为交联点，形成具有网络交联结构的纳米颗粒/超高分子量聚乙烯复合体；并用γ-射线进行辐照处理，进一步提高了交联度，交联度的增加提高了分子的滑移抗力和抗疲劳裂纹扩展的能力，增强了材料的耐磨性，减少了材料向对磨面的转移，降低了磨损率，减少磨粒和不良的生物学反应。基体同时保持了超高分子量聚乙烯原有的良好力学性能，对来自人体关节的生理冲击具有良好的承载能力，延长了人工关节的使用寿命。

实现本发明的技术解决方案为：一种带有表面耐磨层的超高分子量聚乙烯人工关节，所述人工关节由耐磨层和基体经热压复合构成，所述基体为超高分子量聚乙烯，所述的耐磨层为经真空辐照过的超高分子量聚乙烯与无机纳米颗粒的复合体，其中纳米颗粒的质量分数为0-10%。

所述的超高分子量聚乙烯为医用级，分子量大于200万。

所述的无机纳米颗粒选自纳米羟基磷灰石、纳米氧化铝、氧化锆或氧化硅等中的一种。

所述无机纳米颗粒经偶联剂修饰。

所述的基底厚度为6~10mm，耐磨表层的厚度为2~4mm。

一种带有表面耐磨层的超高分子量聚乙烯人工关节的制备方法，包括以下步骤：