[發明專利]多層異構仿生關節軟骨材料的制備工藝

有效

• 申請號: 201710302611.5
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107126583B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 陳凱;張德坤;楊雪暉;許林敏;凌意瀚;王慶良;葛世榮
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/40;A61L27/56;A61L27/50;A61L27/16;A61L27/12;A61L27/36
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張婷婷

本發明公開了一種多層異構仿生關節軟骨材料制備工藝，制備工藝：以表面活化處理的聚乙烯為基體，采用原位化學接枝及定向凝固技術在其表面交聯內部孔隙垂直于基體的聚乙烯醇/羥基磷灰石(PVA/HA)復合水凝膠層；然后利用非定向凝固法錨接內部孔隙互嵌的聚乙烯醇/羥基磷灰石/蠶絲(PVA/HA/Silk)復合水凝膠層；最后利用定向凝固技術及退火技術，在表面構筑內部孔隙平行于基體的聚乙烯醇/羥基磷灰石/聚丙烯酸(PVA/HA/PAA)復合水凝膠致密膜，從而構建高強度、低滲透及耐磨損的多層異構仿生關節軟骨材料。制備出的仿生軟骨材料與天然軟骨結構、功能相類似，不易磨損松動、界面潤滑性好、生物活性充足，一定程度上替代了軟骨作用。

技術領域

本發明屬于軟骨材料制備技術領域，具體涉及一種仿生關節軟骨材料制備工藝，特別是一種多層異構仿生關節軟骨材料的制備工藝。

背景技術

人體的關節表面覆蓋著關節軟骨，在人體生理環境中，關節軟骨可以承載傳遞7-9倍人體的重量，并且可以提供優良的承載潤滑關節面，其摩擦系數極低，約0.001-0.03。由于關節是人體承受載荷最大的生物摩擦副，關節軟骨要承受一生中運動所致的周而復始的摩擦，因此關節軟骨會不斷的磨損和退化，最終導致骨關節炎的發生。目前，因關節軟骨磨損導致的骨關節炎已成為世界頭號致殘性疾病，由于軟骨的自身修復能力極其有限，一旦造成損傷或病變，很少能夠自愈，一般采用人工關節置換以重建關節功能。

人工關節置換術自上世紀60年代廣泛應用于臨床以來，已成為治療人類關節毀損最成功、最有效的外科和康復手段。全球約有4億人患有嚴重的骨關節疾病，其中我國就超過1億患者，每年人工關節置換約200萬例。但是，目前的人工關節假體仍然存在耐磨性不夠高、使用壽命不夠長、植入假體翻修率過高等問題，難以滿足日益增長的高可靠性、長壽命人工關節置換需求，其根本原因在于植入假體均為硬面-硬面接觸，與天然關節的軟骨-軟骨接觸形式差異太大。植入假體的磨損、固定、感染等關鍵技術難題尚未得到很好的解決(硬面-硬面接觸人工關節的設計壽命一般為10-15年)，因此，急需依靠生物材料學、生物摩擦學、關節外科學的深度融合交叉來解決以上難題，實現天然軟骨的仿生設計及天然關節的仿生制造，最終獲得高可靠性、長壽命的人工關節假體。

天然關節軟骨是多孔的液、固兩相材料，具有分層結構，且不均勻、非線性、各向異性，軟骨的不同結構區域具有不同的力學性能，而各層之間又有著非常密切的依賴關系，共同行使軟骨的功能。淺表層的含水量為80％～90％，膠原纖維的排列方向與關節表面相平行，構成一層致密的孔隙狀膠原纖維網，滑液可以在淺表層滲透和滯留，起到良好的潤滑作用，進而抵抗關節活動時的剪切負荷。中間層的含水量為80％，膠原纖維相互交錯；深層的含水量最低(65％)，膠原纖維自下而上呈放射狀排列；中間層和深層具有抵抗擠壓負荷的良好性能，起到保持體液和緩沖的作用。鈣化層是軟骨和軟骨下骨的過渡層，主要功能是將關節軟骨結實地固定在軟骨下骨之上。

當軟骨受到力學負荷時，液相受軟骨內部壓力的驅動，在軟骨內形成滲透，但是軟骨淺表層的滲透率極低，限制了液相滲出，阻礙了軟骨變形的發生，在軟骨內形成了靜水壓力，能夠分擔軟骨90-99％的載荷，從而避免產生大變形對軟骨組織造成破壞。由于軟骨面上的載荷被液相分擔，軟骨固相接觸部分承載的實際載荷降低，從而大大減少了軟骨間的摩擦。由此可見，液相承載是維護軟骨正常力學行為的主要因素、保障軟骨長期摩擦性能的核心。更重要的是人體關節的摩擦配副為軟骨-軟骨形式，具有低彈性模量、高可變形性、優良的潤滑和抗磨性能，可以有效的減緩沖擊、吸收震蕩、減小關節運動時承受的沖擊及磨損，因此，人體關節才能夠正常運行70年以上。

基于天然關節軟骨多層定向的孔隙結構，仿生設計高強度、低滲透及耐磨損的多層異構仿生軟骨材料，是解決人工關節磨損和無菌性松動問題的最佳選擇，這對于提高關節置換者的生命質量、推動我國的植入假體制造產業的發展具有重要意義。

發明內容