[發(fā)明專利]人工關(guān)節(jié)用輻照交聯(lián)聚乙烯共混物材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310247665.8
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103275382A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠明;黃妍斐;雷軍;徐玲;鐘淦基
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08J3/28;C08J3/24;C08J3/22;B29C47/92;B29C45/76;A61L27/26
• 代理公司: 北京國林貿(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李桂玲;許文娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及一種人工關(guān)節(jié)用輻照交聯(lián)聚乙烯共混物材料及其制備方法。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）作為人工關(guān)節(jié)植入體材料，自19世紀(jì)60年代問世以來，已成功應(yīng)用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換。影響人工關(guān)節(jié)植入體材料性能和使用壽命的關(guān)鍵因素是耐磨損性、氧化穩(wěn)定性和力學(xué)性能。經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究，在提高耐磨損性能和氧化穩(wěn)定性方面已取得了很大進(jìn)展。具體來說，耐磨損性可通過輻照交聯(lián)技術(shù)來提高，UHMWPE人工關(guān)節(jié)材料經(jīng)高劑量輻照處理后，其磨損速率從未輻照的-6.9?±?0.6?mg/MC下降至-1.4?±?0.4?mg/MC（Oral?E.?Biomaterials?2010;?31:7051-7060），然而輻照過程會產(chǎn)生自由基，殘余自由基在與空氣長期接觸過程中，會導(dǎo)致氧化降解，進(jìn)一步損壞其力學(xué)性能。在改善材料氧化穩(wěn)定性方面，一種方法是采用輻照后熔融處理，這個過程會導(dǎo)致結(jié)晶度下降，損壞輻照UHMWPE的機(jī)械性能（Oral?E.?In:?Kurtz?S,?editor.?The?second?edition?of?the?UHMWPE?handbook.?Elsevier?2009:?197-204）。另外一種方法是添加自由基捕捉劑，其中最有效的是維生素E（VE），向輻照UHMWPE人工關(guān)節(jié)材料中添加VE后，其氧化指數(shù)從3.74?±?0.16下降至0.44?±?0.06?（Oral?E.?Biomaterials?2004;?25:?5515-5522）。自由基捕捉劑的加入避免了輻照后熔融過程，保持了輻照UHMWPE的力學(xué)性能，但是，輻照過程的存在還是或多或少的損害了UHMWPE關(guān)節(jié)材料的機(jī)械性能。與此同時，接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)的患者呈年輕化趨勢，患者活動強(qiáng)度更大，故對人工關(guān)節(jié)植入體材料的力學(xué)性能提出了更高的要求。目前對于提高力學(xué)性能方面的研究尚未引起很大關(guān)注，故該方面的研究顯得尤為重要。

現(xiàn)階段對提高力學(xué)性能方面的研究比較成功的是采用振動注塑成型制備自增強(qiáng)聚乙烯材料（Ling?Xu,?Zhong-Ming?Li*.?ACS?Appl.?Mater.?Interfaces?2012；4：1521-1529）。該方法通過將UHMWPE和低分子量聚乙烯（LMWPE）共混獲得良好加工流動性的聚乙烯（PE）共混物以滿足振動注塑成型的要求，由于UHMWPE具有極大的粘度，其重量相對含量最高只能達(dá)到40?%，振動注塑成型的樣品與常規(guī)的壓制成型樣品相比，力學(xué)性能和沖擊性能得到了很大程度的提高，但耐磨損性沒有得到較大改善。為了滿足人工關(guān)節(jié)材料對綜合性能的要求，需進(jìn)一步提高力學(xué)性能，并且同等程度的改善其耐磨損性。由于UHMWPE具有優(yōu)異的力學(xué)性能和沖擊強(qiáng)度，其耐磨損性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于LMWPE，提高UHMWPE在PE共混物中的相對含量，可以最大限度的利用UHMWPE的優(yōu)異性能，使該材料更好的應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域。然而，在振動注塑成型過程中，進(jìn)一步提高UHMWPE相對含量將導(dǎo)致無法加工。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種人工關(guān)節(jié)用輻照交聯(lián)聚乙烯共混物材料。該聚乙烯共混物材料在其內(nèi)部形成了串晶（shish-kebab）自增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，更大程度地增強(qiáng)了力學(xué)性能和沖擊強(qiáng)度，同時還提高了其耐磨損性。

本發(fā)明的另一個目的在于提供所述聚乙烯共混物材料的制備方法。

本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明提供一種人工關(guān)節(jié)用輻照交聯(lián)聚乙烯共混物材料，所述聚乙烯共混物材料由低分子量聚乙烯和輻照交聯(lián)超高分子量聚乙烯共混制得。采用輻照交聯(lián)的方法可以提高UHMWPE在PE共混物中的相對含量，由于UHMWPE具有優(yōu)異的力學(xué)性能和沖擊強(qiáng)度，其耐磨損性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于LMWPE，提高UHMWPE在PE共混物中的相對含量，可以最大限度的利用UHMWPE的優(yōu)異性能，使該材料更好的應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域。

優(yōu)選地，其中所述的低分子量聚乙烯的相對分子量為8~15萬克/摩爾，可以理解的是，所述的聚乙烯共混物材料用于人工關(guān)節(jié)，低分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯均為生物醫(yī)用級，且所述的輻照交聯(lián)超高分子量聚乙烯占聚乙烯共混物材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%~60%。

優(yōu)選地，所述輻照交聯(lián)超高分子量聚乙烯是通過以下方法制得：將相對分子質(zhì)量500~600萬克/摩爾，粒子直徑為100~400?μm的超高分子量聚乙烯粉料經(jīng)高能射線進(jìn)行輻照交聯(lián)，輻照劑量選取為30~200?kGy，以40?kGy為最優(yōu)。