[发明专利]覆膜型钻石烯人工关节及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于人工关节技术领域，涉及一种人工关节，特别涉及一种覆膜型钻石烯人工关节及制备方法。

背景技术

为了治疗关节强直、关节畸形和各种破坏性骨关节等疾病， 1962年出现了把超高分子量聚乙烯和钴铬合金组成的人工关节，并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定，应用于人体；自此人工关节置换术进入实际应用的新阶段。在超过50年的历史中，人工全关节置换术已发展为目前临床治疗严重关节损伤和关节坏死疗效最好的一种方法。据报道，在我国需要进行人工关节置换的约有3000万人，由于人体关节功能复杂，特别是具有多个方向的活动能力，且承受一定的拉、压、折、屈等负荷，所以对材料性能的选择要求非常高。譬如：髋关节由关节头和关节窝组成，用于连接股骨头和骨盆的关节窝。全髋关节置换术包括三个部分：1.用超高分子量聚乙烯关节窝置换髋关节窝；2.用金属关节头置换碎裂的股骨头；3.用金属杆插入股骨干来增加人工关节的稳定性。通常连接股骨的金属杆为钴铬合金或钛合金材料制成，插入髋关节窝的股骨顶端的球状物则由钴铬合金或是精制氧化铝陶瓷材料制成，髋关节窝本身通常为超高分子量聚乙烯半球构成，可直接植入骨盆。临床研究表明，基于超高分子量聚乙烯等材料的人工关节植入人体的有效工作年限为10~15年。

人工全关节置换术虽然是目前临床最为有效和成熟的手术之一，但超高分子量聚乙烯等材料都有使用寿命，植入人体后同样面临失效的危险，在长期的使用过程中，承受着较大载荷以及与合金、陶瓷等硬质材料相对往复运动，容易因磨损引起诸多问题：超高分子量聚乙烯的硬度和耐磨损性能相对较低，长期使用过程中发生蠕变而使置换关节产生较大磨损；磨损产生的磨屑聚积并诱发软组织产生一系列不良的生物学反应，使固定良好的人工关节松动，大大缩短了人工关节植入体的使用寿命。临床研究表明，植入人体中的人工关节使用10~15年后会因磨损而逐渐失效，近30%的患者10年内需要进行翻修手术。另有一部分患者，为了避免二次手术，强忍疼痛等到坚持不住的时候再治疗。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬度高、耐磨性好且使用寿命长的覆膜型钻石烯人工关节及制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：覆膜型钻石烯人工关节，包括相互配合的关节头和关节窝，关节头包括金属基体，金属基体外面设有超细钻石烯层所述关节窝包括聚乙烯基体，聚乙烯基体与关节头相配合的面上设有超细钻石烯层；超细钻石烯层由纳米钻石烯组成；纳米钻石烯为层片状单晶结构，纳米钻石烯中同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接；纳米钻石烯的晶格间距为0.21nm；纳米钻石烯的平均粒径为R，20nm≤R≤500nm；纳米钻石烯的C含量为99～100%。

进一步地，关节窝的表面粗糙度小于0.1微米；

进一步地，超细钻石烯层的厚度小于10微米。

进一步地，关节头的超细钻石烯层中纳米钻石烯的平均粒径为20 nm -50nm。

覆膜型钻石烯人工关节的制备方法，

其一，关节头的制备方法如下：先对关节头的金属基体进行表面净化处理，再采用化学沉积法或物理沉积法，以纳米钻石烯为原料，在金属基体表面形成超细钻石烯层，得到关节头成品；

其二，关节窝的制备方法如下：先采用基体处理剂对聚乙烯基体进行处理，再选取加入粘结剂的纳米钻石烯，混合均匀后，在聚乙烯基体与关节头相配合的一侧表面上进行密型植砂，得到厚度小于10微米的超细钻石烯层，制得关节窝成品。

进一步地，粘结剂采用合成树脂。

纳米钻石烯的制备工艺，包括以下步骤：

酸洗提纯：将金刚石原料粉碎成8000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7；分选：将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行1-5天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米钻石烯。

酸洗步骤前进行球磨整形和气流破碎，先将金刚石原料球磨整形并筛分出800目以上的细料；再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出8000目以上的细粉。