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CN103006354A - 一种梯度结构人工髋臼臼杯及其制备方法 - Google Patents

一种梯度结构人工髋臼臼杯及其制备方法 Download PDF

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CN103006354A CN2012104966407A CN201210496640A CN103006354A CN 103006354 A CN103006354 A CN 103006354A CN 2012104966407 A CN2012104966407 A CN 2012104966407A CN 201210496640 A CN201210496640 A CN 201210496640A CN 103006354 A CN103006354 A CN 103006354A
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宾月珍
侯代水
时晓梅
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Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种可有效抑制骨溶解过程并延长人工髋臼臼杯使用寿命的梯度结构人工髋臼，其帽状臼体为由内向外的多层构成，每个单层结构是由超高分子量聚乙烯/羟基磷灰石复合材料制备而成，且由内向外各单层的羟基磷灰石含量逐渐减小。由于该使用新型制备的人工髋臼臼杯具有与人体骨骼相类似的梯度结构，同时在材料中添加了具有生物活性的羟基磷灰石，能有效的降低骨溶解以及假体松动，大大延长了人工关节的使用寿命。

Description

一种梯度结构人工髋臼臼杯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型人工髋关节臼杯，用于延长现有的人工髋关节置换中的髋臼臼杯使用寿命，并减少因材料的磨损等而引起的并发症。 
背景技术
人工关节材料最为重要的生物材料组成部分，近百年来尤其是近二十年来得到了长足的发展。人工关节包括髋、膝、肩、腕、踝等关节，近年来。人工关节置换数量逐年增加，主要以膝、髋关节置换为主。全球每年全髋关节置换就有上百万例。在美国每年开展的髋关节置换手术不少于20万例，同时民政部门报告显示，我国仅肢体不自由使用者就约有1500万，其中残疾约780万，并且随着社会、科技与医学的发展，人工关节的需求量将会越来越大。 
医用超高分子量聚乙烯是目前广泛采用的髋关节臼杯材料，它与金属髋关节头的摩擦系数接近人体髋关节的摩擦系数，其配副方式最为广泛。纯超高分子量聚乙烯髋关节臼杯一般是经过热压成型或由棒材经车床切削制备而成，它具有良好的生物相容性、化学稳定性、抗冲击性、耐磨性以及耐腐性，是一种理想的高分子材料。但是由于由纯超高分子量聚乙烯制备的人工髋关节臼杯在长期应用过程中，超高分子量聚乙烯因被氧化、磨损以及磨屑积聚，容易引起骨质溶解进而导致无菌松动，从而加重了使用者的痛苦并降低了人工髋关节的使用寿命。因此，人们正在积极努力探索如何提高超高分子量聚乙烯耐磨性及如何减少因人工髋关节臼杯磨损而引起的骨质溶解、达到延长人工髋关使用寿命目的的有效方法。 
羟基磷灰石与人体硬组织（骨和牙）的无机物质组成相同，植入人体后可直接与骨形成骨性结合，与骨之间界面结合强度达到甚至超过骨和植入体自身 的强度，即羟基磷灰石具有较好的生物活性，但是由于纯羟基磷灰石的晶体脆性大、抗折强度低，不适合用作承载较大的硬组织修复与替代材料。 
刘其斌的实用新型专利（CN 101053675A）提出一种由不同质量分数的钛粉和复合陶瓷粉制备的一种梯度生物活性陶瓷涂层材料，该实用新型专利是将陶瓷粉和稀土氧化物混合均匀后再与钛粉混合研磨均匀，得到涂层粉末材料，将配好的涂层粉末材料与粘合剂混合后预压在钛合金表面，最后采用宽带激光熔覆工艺在钛合金表面熔覆第一梯涂层，清理表面，然后采用同样的方法制备第二、三梯涂层以得到在钛合金TC4表面制得梯度生物活性陶瓷。但是本方法制备的梯度结构人工髋关节臼杯只是在表面具有生物涂层，其主体结构依然是金属材料，不符合人体髋臼的生物结构，并且表面涂层在长期使用过程中不可避免地会产生脱落现象，这将会引起身体的排异反应。 
发明内容
本发明将具有较高生物活性的羟基磷灰石与生物相容性较好的超高分子量聚乙烯复合制备出具有仿人体梯度髋关节臼杯，能减缓人工关节在正常磨损情况下的骨溶解及假体松动的发生，延长了人工髋关节的使用寿命，减轻使用者的病痛及经济负担。 
本发明的技术方案为： 
一种梯度结构人工髋臼臼杯，整个髋臼臼杯由多层帽状臼体叠合而成，各单层帽状臼体采用体积百分数不大于31.5%的羟基磷灰石与分子量不小于300万的超高分子量聚乙烯复合而成，羟基磷灰石的含量由内向外逐层递减。 
本发明具有以下特点： 
1、本发明中复合材料中添加了羟基磷灰石，生物体内骨骼无机盐的主要成分，因而具有较高的生物活性。即使在其使用过程中产生必不可少的磨屑 也不会因生物体自身的免疫反应而引起假体周围骨质的吸收和溶解，进而有效地减少假体松动的现象。 
2、本发明制备的人工髋关节臼杯整体是由多层不同羟基磷灰石含量的超高分子量聚乙烯复合材料叠合而成，具有与生物体髋臼相似的生物梯度结构，能够有效的满足髋臼在不同运动模式以及不同受力时间下应力传递等特点。 
3、本发明中制备人工髋关节臼杯的原料是具有良好化学稳定性和生物相容性且耐摩性好的超高分子量聚乙烯材料和具有较高生物活性的羟基磷灰石，并且在髋臼与股骨头接触的梯度层含有大量的羟基磷灰石有助于人体自身骨细胞在其表面生长。 
4、超高分子量聚乙烯基体材料中添加一定量的羟基磷灰石制备的复合材料与纯超高分子量聚乙烯材料在相同的负载下，前者的摩擦系数比后者小（如表1所示），并且在高负载（1200N）时前者的磨损率较后者小（如表2所示）。 
表1  不同负载下各组样品的摩擦系数 
注：1、HA含量表示复合材料中羟基磷灰石的体积含量； 
2、熔融样品是参考现在已有技术制备的纯超高分子量聚乙烯摩擦样品。 
表2  高负载下各组样品的磨损率 
Figure BDA0000248725842
表中，HA含量表示复合材料中羟基磷灰石的体积含量；熔融样品是参考现在已有技术制备的纯超高分子量聚乙烯摩擦样品。 
附图说明
图1是本发明实施例的人工髋关节臼的主视示意图。 
图2是本发明实施例的人工髋关节臼的右视示意图。 
图3是本发明实施例的人工髋关节臼的剖视图。 
图中：1单层帽状臼体。 
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。 
如附图1-3所示，制作时，先进行单层帽状臼体的制作：将羟基磷灰石分散在医用液体石蜡中，12小时后加入超高分子量聚乙烯，采用溶胶-凝胶法制备出含有溶剂的复合材料。将含溶剂的复合材料用正己烷萃取完全，并于60℃的鼓风烘箱中将样品烘干。将烘干的复合材料放入订制模具中于150℃预热5分钟，然后在此温度下施加3MPa压力保持30分钟，然后将样品冷却至室温。 
单层制备好后，将不同羟基磷灰石含量的复合材料于不同直径的订制模具中采用相同的条件分别压制成型。将不同羟基磷灰石含量的单层材料按顺序放好后放在模具中在150℃下预热10分钟，然后施加3MPa压力，并保持30分钟后冷却至室温得到具有梯度结构的人工髋关节臼杯。 

Claims (1)

1.一种梯度结构人工髋臼臼杯，其特征在于，整个髋臼臼杯由多层帽状臼体叠合而成，各单层帽状臼体采用体积百分数不大于31.5%的羟基磷灰石与分子量不小于300万的超高分子量聚乙烯复合而成，羟基磷灰石的含量由内向外逐层递减。
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