[发明专利]一种人工关节材料

说明书

本发明提供一种人工关节材料，其分为关节摩擦接触表面、关节主体和关节与人体接触表面三部分，其中三部分采用不同成分的材料构成。其中，关节摩擦接触表面部分由陶瓷颗粒与钛合金的复合材料构成，关节主体部分由钛合金构成，关节与人体接触表面部分由钛合金和可降解镁合金构成。本发明通过使用陶瓷颗粒与钛合金的复合材料形成关节摩擦接触表面提高了人工关节的耐磨损特性，通过使用钛合金和可降解镁合金形成与人体接触表面提高了人工关节与宿主骨组织之间的界面稳定性。

技术领域

本发明涉及一种人工关节材料，具体涉及一种成分梯度复合人工关节材料，用于提高人工关节与宿主骨组织之间的生物固定以及人工关节的使用寿命，属于医用材料技术领域。

背景技术

人工关节置换术是目前治疗骨关节炎等疾病最有效的手段,人工关节在体内服役时间长(10年以上，甚至可能达30年以上)，服役过程中头-臼结构相对摩擦运动可达数千万次，摩擦导致的磨损不仅仅会使头-臼结构尺寸发生改变，最主要的危害是磨损过程中产生各种磨屑会导致炎症反应及假体失效。目前，人工关节置换术采用的关节主要为金属材质的关节，其耐磨损特性尚有明显不足。而陶瓷材料具有高硬度、良好的耐磨损特性以及生物相容性。为了减少磨屑的产生，研究者开发出了陶瓷-陶瓷(COC)类型摩擦配副的人工关节，已经被成功应用于临床。但是，由于陶瓷材料韧性低，目前临床应用的陶瓷-陶瓷(COC)类型摩擦配副的人工关节，存在着脆性断裂和摩擦噪声大等缺点，这使得陶瓷关节在服役过程中存在较大的安全隐患，会给患者的生活质量造成较大影响。

另外，人体内植入物与宿主骨之间的界面结合是维持内植入物的初期和长期稳定的关键因素，增加骨-植入物假体界面间的骨形成，使人工假体与宿主骨形成牢固的骨整合，从而可达到近，远期固定的效果，减少假体松动的发生。金属关节臼杯、金属股骨柄与宿主骨组织的融合程度，直接影响人工关节假体的负载和植入后在体内的长期稳定性，进而影响人工假体的使用寿命。由于骨骼组织结构与金属结构存在较大差异，临床实践中已意识到该问题，主要通过在关节臼外杯和金属股骨柄表面喷涂羟基磷灰石涂层、钛合金粉末、生物陶瓷粉、钛珠烧结、钛丝烧结等方式提高人工假体界面的粗糙度。但临床显示：通过上述方法形成的沟槽及粗糙表面对关节的“骨长入”效果并不理想，存在与宿主骨骼界面结合强度低、容易开裂的问题，直接降低了关节假体的植入寿命，患者存在二次手术的潜在风险。

近年，通过对钛材料的化学沉积或烧结，开发出一种多孔钛材料。通过改变多孔钛的孔隙率，可使多孔钛成为一种具有良好的生物相容性、生物力学优异，且弹性模量接近骨组织的仿生材料。实验显示，对多孔钛孔隙结构的调整，可使其达到与被替换骨组织近似匹配的力学性能，从而减轻或消除应力屏蔽，同时，仿生物运输通道的结构调整，可通过连通的三维多孔结构使水分和营养物质在植入体内部传输，促进骨组织向内生长形成生物固定，达到人工假体与宿主骨组织融合的功能，从而增强植入人工假体与宿主骨组织之间的界面稳定性。但是，仍存在不足，由于有多孔钛材料孔隙的存在会影响其强度性能，如果在保证其强度要求的情况下，多孔钛材料的孔隙率对于稳定人工假体与宿主骨组织的作用来说远不能达到满意程度，而如果提高其孔隙率，则多孔钛材料的强度不足。

基于上述内容，本发明提出一种成分梯度复合人工关节材料，显著提高了人工关节的使用寿命和与宿主骨组织之间的生物固定性能。

发明内容

本发明提供一种人工关节材料，其分为关节摩擦接触表面、关节主体和关节与人体接触表面三部分，其中三部分采用不同成分的材料构成。更具体而言，关节摩擦接触表面部分由陶瓷颗粒与钛合金的复合材料构成，关节主体部分由钛合金构成，关节与人体接触表面部分由钛合金和可降解镁合金构成。通过使用陶瓷颗粒与钛合金的复合材料形成关节摩擦接触表面来提高人工关节的耐磨损特性，通过使用钛合金和可降解镁合金形成与人体接触表面来提高人工关节与宿主骨组织之间的界面稳定性，从而解决本发明所要解决的技术问题。