[發(fā)明專利]氧化鋅-超高分子量聚乙烯共混材料、其制備方法和用途及其形成的人工關(guān)節(jié)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110219375.7
• 申請(qǐng)日: 2021-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN112999416A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王友;張玨;孟祥超;苑志國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院
• 主分類號(hào): A61L27/16
• 分類號(hào): A61L27/16;A61L27/02;A61L27/50
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

本發(fā)明提供氧化鋅?超高分子量聚乙烯復(fù)合材料、其制備方法和用途及其形成的人工關(guān)節(jié)，以氧化鋅?超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的總重量為基準(zhǔn)計(jì)，所述氧化鋅?超高分子量聚乙烯復(fù)合材料包括1?20wt％的氧化鋅和80?99wt％的超高分子量聚乙烯，其中所述氧化鋅為粉末狀。本發(fā)明的復(fù)合材料及由其形成的人工關(guān)節(jié)具有良好的生物相容性、生物活性、力學(xué)相容性、自潤(rùn)滑性抗摩擦能力以及抗炎癥能力；其彈性模量、韌性以及斷裂強(qiáng)度等力學(xué)性能與人骨相匹配，不會(huì)造成應(yīng)力遮擋效應(yīng)引發(fā)的人工關(guān)節(jié)假體材料松動(dòng)以及骨吸收等負(fù)面效應(yīng)，能夠滿足臨床對(duì)于人工關(guān)節(jié)假體的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及假體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)涉及氧化鋅-超高分子量聚乙烯共混材料、其制備方法和用途及其形成的人工關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene，簡(jiǎn)稱UHMWPE)是一種半結(jié)晶的高分子材料，微觀尺度下，UHMWPE的碳原子鏈折疊成定向排布的片層晶相，片層晶相分布在碳原子鏈隨機(jī)取向或分子鏈相互纏繞的非晶相結(jié)構(gòu)中，分子鏈的相互纏繞將片層晶相結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起，從而抵抗材料的機(jī)械變形。與其他高分子材料相比，這種微觀結(jié)構(gòu)使UHMWPE具有良好的耐磨損性能、強(qiáng)度和抗疲勞性能，并且，改材料經(jīng)過(guò)驗(yàn)證具有良好的生物相容性，是人工關(guān)節(jié)假體的較為理想的材料之一。

20世紀(jì)60年代初期，牛津大學(xué)的骨科醫(yī)師John提出了不同于僅使用金屬材料作為人工關(guān)節(jié)的新思路，其將金屬材料與UHMWPE共同使用，在過(guò)去的50余年的時(shí)間里，該組合被當(dāng)作人工關(guān)節(jié)置換的金標(biāo)準(zhǔn)組合。

UHMWPE作為人工關(guān)節(jié)置換的襯底材料，經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，其臨床應(yīng)用取得了重大成功。但是，其在應(yīng)用期間，也產(chǎn)生了諸多問(wèn)題。當(dāng)人工關(guān)節(jié)假體植入人體后，UHMWPE材料須承受人體自身重量及人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)荷，然而，UHMWPE是人工關(guān)節(jié)假體中最薄弱的部分，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重磨損和氧化，進(jìn)而產(chǎn)生磨屑，并導(dǎo)致骨溶解產(chǎn)生無(wú)菌性松動(dòng)，同時(shí)伴隨著其耐磨性能的降低，最后會(huì)使UHMWPE關(guān)節(jié)失效。此時(shí)，關(guān)節(jié)需重新置換，患者不僅面臨著痛苦，而且承擔(dān)著一定的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)面臨著一定的經(jīng)濟(jì)壓力。為了減輕病人的痛苦、降低風(fēng)險(xiǎn)、減小壓力，延長(zhǎng)假肢在人體內(nèi)使用壽命，就必須對(duì)UHMWPE進(jìn)行改性研究。。

為了提高UHMWPE耐磨損和抗氧化性能的同時(shí)不影響其疲勞強(qiáng)度，人們使用維生素E摻雜對(duì)UHMWPE進(jìn)行改性，然而維生素E的加入會(huì)對(duì)其交聯(lián)過(guò)程產(chǎn)生影響，因而其添加濃度受到限制。共混填充改性是UHMWPE改性中的有效方式之一，UHMWPE的填充改性是指將具有優(yōu)異性能(抗氧化性、力學(xué)性能、耐磨性等)的材料填充到UHMWPE并以此來(lái)增強(qiáng)其性能的一種方法。填充物應(yīng)具有增強(qiáng)UHMWPE力學(xué)性能及耐磨性的功能：例如碳納米管，其可增強(qiáng)UHMWPE力學(xué)性能、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性并可降低自由基濃度；例如碳納米纖維、氧化石墨烯等，其可增強(qiáng)UHMWPE力學(xué)性能、耐磨性及抗氧化性，目前研究較為廣泛的是填充氧化石墨烯。然而通過(guò)填充碳納米纖維、氧化石墨烯等材料，并不能從根本上解決磨屑引發(fā)的顆粒病的問(wèn)題。

值得注意的是，氧化鋅是少數(shù)幾種通過(guò)FDA認(rèn)證的能在人體內(nèi)應(yīng)用的無(wú)機(jī)納米材料。在材料學(xué)研究中可以發(fā)現(xiàn)，氧化鋅的加入有利于材料抗摩擦性能的提升，且有研究表明，氧化鋅顆粒以及其所釋放的Zn元素能有效抑制無(wú)菌性炎癥的發(fā)生。

因此，構(gòu)建氧化鋅/超高分子量聚乙烯共混材料，有利于聚乙烯材料表面抗摩擦性能的提升，并有利于其在長(zhǎng)期植入中，抑制無(wú)菌性炎癥的產(chǎn)生，提升人工關(guān)節(jié)使用壽命，降低其植入失敗風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明主要目的在于提供一種氧化鋅-超高分子量聚乙烯共混材料、其制備方法和用途及其形成的人工關(guān)節(jié)，以解決人工關(guān)節(jié)材料UHMWPE在長(zhǎng)期使用中，因該材料作為摩擦面的材料，摩擦性能不佳、磨屑的產(chǎn)生導(dǎo)致無(wú)菌性炎癥以至于產(chǎn)生骨溶解以及假體松動(dòng)等缺陷，難以維持長(zhǎng)期穩(wěn)定以及生物固定等技術(shù)問(wèn)題。