本發(fā)明屬于仿生關(guān)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種仿生關(guān)節(jié)制備工藝，特別是一種軟-軟接觸式的仿生關(guān)節(jié)制備工藝。

背景技術(shù)：

人體天然關(guān)節(jié)的表面覆蓋著關(guān)節(jié)軟骨，在人體正常生理環(huán)境中關(guān)節(jié)軟骨可以提供一個(gè)優(yōu)良的潤(rùn)滑承載關(guān)節(jié)面，可以承載傳遞7-9倍人體的重量，且摩擦系數(shù)極低，能夠正常運(yùn)動(dòng)70年以上。由于天然軟骨的自身修復(fù)能力極其有限，一旦造成損傷或病變，很少能夠自愈，一般采用人工關(guān)節(jié)置換以重建關(guān)節(jié)功能。人工關(guān)節(jié)置換術(shù)自上世紀(jì)60年代廣泛應(yīng)用于臨床以來(lái)，已成為治療人類關(guān)節(jié)毀損最成功、最有效的外科和康復(fù)手段。全球約有4億人患有嚴(yán)重的骨關(guān)節(jié)疾病，其中我國(guó)就超過(guò)1.2億患者，每年需要人工關(guān)節(jié)置換約200萬(wàn)例。

雖然人工關(guān)節(jié)置換已成為臨床治療關(guān)節(jié)疾病或創(chuàng)傷的有效途徑，但是由于人工植入材料不具備自然界生命力的代謝作用，假體界面行為與生命介質(zhì)的相容性差，特別在全關(guān)節(jié)置換中關(guān)節(jié)植入假體均為硬面-硬面接觸，接觸面的磨損必然存在。隨著全球人口老齡化和關(guān)節(jié)置換病人的年輕化趨勢(shì)，目前人工關(guān)節(jié)還遠(yuǎn)達(dá)不到20年乃至30年不翻修的期望目標(biāo)。統(tǒng)計(jì)表明關(guān)節(jié)手術(shù)失敗的前四大主要因素是：磨損、松動(dòng)、失穩(wěn)、感染。其中，磨損和松動(dòng)是引起關(guān)節(jié)晚期失效的主要原因，而感染是造成關(guān)節(jié)早期失效的主要原因。如何解決以上科學(xué)技術(shù)難題，是當(dāng)今國(guó)際人工關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)。

由此可見(jiàn)，提高人工關(guān)節(jié)服務(wù)壽命和使用可靠性的關(guān)鍵是植入假體材料生物摩擦學(xué)性能的改進(jìn)。天然關(guān)節(jié)的摩擦配副為軟骨-軟骨形式，具有低彈性模量、高可變形性、優(yōu)良的潤(rùn)滑和抗磨性能，可以有效的減緩沖擊、吸收震蕩、減小關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)承受的沖擊及磨損。因此，基于天然關(guān)節(jié)接觸形式及潤(rùn)滑機(jī)制，設(shè)計(jì)具有高強(qiáng)度、低摩擦、超潤(rùn)滑及耐磨損的仿生軟骨材料，仿生制造新型軟-軟接觸界面的仿生關(guān)節(jié)，是解決人工關(guān)節(jié)磨損和無(wú)菌性松動(dòng)問(wèn)題的最佳選擇，也是解決人體環(huán)境植入材料關(guān)鍵摩擦副部件長(zhǎng)效運(yùn)行最為可行的技術(shù)途徑。這也將有助于延長(zhǎng)人工關(guān)節(jié)假體的使用壽命，降低摩擦學(xué)失效給假體置換者帶來(lái)的痛苦或危險(xiǎn)，這對(duì)于提高假體置換者的生命質(zhì)量、推動(dòng)我國(guó)的植入體制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)制備工藝，通過(guò)該方法獲得一種與天然關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與功能相類似的人工關(guān)節(jié)，解決硬面-硬面接觸人工關(guān)節(jié)的磨損和無(wú)菌松動(dòng)問(wèn)題。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)制備工藝，包括以下步驟：

1)將醫(yī)用聚乙烯加工成為醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件的試樣；

2)所述試樣表面交聯(lián)pamps-pdmaam復(fù)合水凝膠仿生軟骨材料；

3)步驟2)后的試樣再次交聯(lián)pva/ha-paa復(fù)合水凝膠仿生軟骨材料；

4)步驟3)后的試樣再次交聯(lián)pva水凝膠仿生軟骨材料。

進(jìn)一步的，所述醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件包括：人工膝關(guān)節(jié)股骨髁、人工膝關(guān)節(jié)脛骨襯墊，或者是人工髖關(guān)節(jié)股骨頭、人工髖關(guān)節(jié)髖臼。

進(jìn)一步的，所述步驟2)中，采用mbaa作為交聯(lián)劑、氧代戊二酸作為引發(fā)劑制備pamps水凝膠，交聯(lián)的具體方法為：

2-1)所述醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件進(jìn)行清洗預(yù)處理；

2-2)引發(fā)劑和交聯(lián)劑充氮?dú)?0min，然后注入醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面上，厚度為0.5mm，用玻璃器皿隔離，在uv燈下照射6h，在醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面形成pamps水凝膠；

2-3)將表面帶有pamps水凝膠的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件浸泡在3mol/l的dmaam溶液中，其中包含0.1mol％mbaa和0.1mol％過(guò)硫酸鉀，放置1天達(dá)到平衡，隨后用玻璃器皿隔離，將其置于uv燈下聚合6小時(shí)；

2-4)純水浸泡1周，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面形成第一層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨。

進(jìn)一步的，所述步驟2)中，采用4％單體濃度的mbaa作為交聯(lián)劑、0.1％單體濃度的氧代戊二酸作為引發(fā)劑制備pamps水凝膠。

進(jìn)一步的，所述步驟2-1)中清洗預(yù)處理的方法為：依次用丙酮、乙醇和去離子水清洗所述醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件，之后浸泡在以重鉻酸鉀與濃硫酸按質(zhì)量百分比1:4制成的重鉻酸氧化溶液中，并置于75℃水浴鍋中10min，取出用去離子水清洗；然后將醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面用氧離子束在200真空度、30w條件下處理5min；并在醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面覆蓋硅烷溶液，在室溫下浸泡2h，所述硅烷溶液采用100ml去離子水與10mlph3.5的乙醇和2wt％γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷制成；然后用乙醇將醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件清洗，干燥后儲(chǔ)存在低濕度環(huán)境下。

進(jìn)一步的，所述步驟3)的具體方法為：

3-1)按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇14％、納米羥基磷灰石3％、聚丙烯酸溶液3％、去離子水80％，室溫下讓其溶脹24h，溶脹完成后放入95℃電子恒溫水浴鍋中加熱溶解，制成pva/ha-paa混合溶液；

3-2)將pva/ha-paa混合溶液加入到步驟2)處理后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面，使其厚度為0.5mm，置于溫度為-20℃的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍10-12h，然后在室溫下解凍2-3h，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍3次；

3-3)將冷凍-解凍后的試樣浸入盛有聚乙二醇溶液的燒杯中脫水1-2h，取出試樣放入電阻爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為120℃，退火時(shí)間為1h，退火完成后取出試樣，并用去離子水對(duì)試樣進(jìn)行清洗，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件的表面形成第二層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨。

進(jìn)一步的，步驟4)的具體方法為：

4-1)按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇15％和去離子水85％置于容器中，在室溫下溶脹24h，接著將容器至于95℃的恒溫水浴鍋中，制備出pva溶液；

4-2)將制備好的pva溶液加入到步驟3)處理后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面，使得pva溶液的厚度為1mm，然后置于溫度為-20℃的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍10-12h，然后在室溫下解凍2-3h，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍9次后，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件的表面形成第三層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨。

進(jìn)一步的，將按以上方法處理過(guò)后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件放入透明玻璃箱中密封，并將其置于陰暗處自然干燥一周，然后將其取出浸泡在去離子水中24h，即可制得軟-軟接觸式仿生膝關(guān)節(jié)與仿生髖關(guān)節(jié)。

根據(jù)上述的工藝制備的軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)，軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)之間的摩擦系數(shù)為0.06，軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)的液體承載能力達(dá)到90％以上。

有益效果：本發(fā)明提供的一種軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)制備工藝，由于采用上述技術(shù)方案，制備出來(lái)的多層仿生軟骨層與人工關(guān)節(jié)基底之間具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，解決了仿生軟骨材料與硬面基底之間的結(jié)合性能差的問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：制備獲得的仿生關(guān)節(jié)為軟骨-軟骨接觸形式，具有低彈性模量、高可變形性、優(yōu)良的潤(rùn)滑和抗磨性能，可以有效的減緩沖擊、吸收震蕩、減小關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)承受的沖擊及磨損，解決人工關(guān)節(jié)磨損和無(wú)菌性松動(dòng)的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)示意圖。

圖2為本發(fā)明的人工髖關(guān)節(jié)示意圖。

圖3為本發(fā)明產(chǎn)品的摩擦系數(shù)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例

一種軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)制備工藝的具體步驟如下：

1)根據(jù)人工膝關(guān)節(jié)、人工髖關(guān)節(jié)的尺寸將醫(yī)用聚乙烯棒材加工成人工膝關(guān)節(jié)股骨髁、人工膝關(guān)節(jié)脛骨襯墊，人工髖關(guān)節(jié)股骨頭、人工髖關(guān)節(jié)髖臼。

2)用丙酮、乙醇和去離子水按順序徹底清洗醫(yī)用聚乙烯各關(guān)節(jié)部件(人工膝關(guān)節(jié)股骨髁、人工膝關(guān)節(jié)脛骨襯墊，人工髖關(guān)節(jié)股骨頭、人工髖關(guān)節(jié)髖臼)；將清潔后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件浸泡在重鉻酸氧化溶液(重鉻酸鉀與濃硫酸按質(zhì)量百分比1:4)中，并置于75℃水浴鍋中10min，取出用大量去離子水進(jìn)行清洗；然后將醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面用氧離子束處理5分鐘(200真空度，30w)；立即在醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面覆蓋硅烷溶液(100ml的去離子水，10mlph3.5的乙醇和2wt％γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)，在室溫下浸泡2h；然后用乙醇將醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件清洗，完全干燥后儲(chǔ)存在低濕度環(huán)境下；

3)用mbaa作為交聯(lián)劑、氧代戊二酸作為引發(fā)劑制備pamps水凝膠，交聯(lián)劑為4％的單體濃度和0.1％單體濃度的引發(fā)劑。引發(fā)劑和交聯(lián)劑充氮?dú)?0min，然后注入醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面上，厚度約為0.5mm，用玻璃器皿隔離，在uv燈下照射6小時(shí)，在醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面形成pamps水凝膠。將表面帶有pamps水凝膠的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件浸泡在3mol/l的dmaam溶液中，其中包含0.1mol％mbaa和0.1mol％過(guò)硫酸鉀，放置1天達(dá)到平衡，隨后用玻璃器皿隔離，將其置于uv燈下聚合6小時(shí)。隨后在純水中浸泡1周，每天換兩次水來(lái)去除未反應(yīng)的材料，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面形成第一層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨，如圖1、2所示；

4)按質(zhì)量百分比稱取的聚乙烯醇14％、納米羥基磷灰石3％、聚丙烯酸溶液3％、去離子水80％，室溫下讓其溶脹24h；溶脹完成后放入95℃電子恒溫水浴鍋中加熱溶解，然后將pva/ha-paa混合溶液加入到步驟4處理后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面，使其厚度為0.5mm，置于溫度為-20℃的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍10-12小時(shí)，然后在室溫下解凍2-3小時(shí)，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍3次；將冷凍-解凍后的試樣浸入盛有聚乙二醇溶液的燒杯中脫水1-2h，取出試樣放入電阻爐中進(jìn)行退火處理，退火溫度為120℃，退火時(shí)間為1h，退火完成后取出試樣，并用去離子水對(duì)試樣進(jìn)行清洗，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件的表面形成第二層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨；

5)按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇15％和去離子水85％置于容器中，在室溫下溶脹24h，接著將容器至于95℃的恒溫水浴鍋中，制備出pva溶液；將制備好的pva溶液加入到步驟4處理后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件表面，使得pva溶液的厚度為1mm，然后置于溫度為-20℃的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍10-12小時(shí)，然后在室溫下解凍2-3小時(shí)，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍9次后，醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件的表面形成第三層水凝膠仿生關(guān)節(jié)軟骨；

6)將按以上方法處理過(guò)后的醫(yī)用聚乙烯關(guān)節(jié)部件(人工膝關(guān)節(jié)股骨髁、人工膝關(guān)節(jié)脛骨襯墊，人工髖關(guān)節(jié)股骨頭、人工髖關(guān)節(jié)髖臼)放入透明玻璃箱中密封，并將其置于陰暗處自然干燥一周，然后將其取出浸泡在去離子水中24h，即可制得軟-軟接觸式仿生膝關(guān)節(jié)與仿生髖關(guān)節(jié)。

如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明工藝方法制備得到的軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)產(chǎn)品，軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)之間的摩擦系數(shù)僅有0.06左右，達(dá)到了軟骨-軟骨之間的摩擦系數(shù)；軟-軟接觸式仿生關(guān)節(jié)具有良好的承載性能，液體承載能力可以達(dá)到90％以上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。