專利名稱：一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體，該假體適用于關(guān)節(jié)置換，屬于內(nèi)植入醫(yī)療器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]超高分子量聚乙烯由于其優(yōu)異的耐磨性、良好的力學(xué)性能和生物相容性，于上世紀(jì)60年代開始用于人工關(guān)節(jié)內(nèi)襯受力材料。人工關(guān)節(jié)各部件的制造方法種類繁多，而且制造方法對(duì)于人工關(guān)節(jié)的力學(xué)性能和磨損有重要的影響。傳統(tǒng)的方法是將模壓成型或者柱塞擠出成型的超高分子量聚乙烯切削成特定的假體元件，與其它部件組裝成人工關(guān)節(jié)。行關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)，需用特制的手術(shù)工具將聚乙烯元件與金屬元件嵌合。為了保證聚乙烯內(nèi)襯在髖臼中長(zhǎng)期穩(wěn)定，通常需要在金屬髖白和聚乙烯內(nèi)襯上設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的限位機(jī)構(gòu)。此外， 在傳統(tǒng)的人工髖關(guān)節(jié)中，聚乙烯內(nèi)襯與金屬球頭之間、聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖白之間存在至少兩個(gè)摩擦界面，由于聚乙烯內(nèi)襯往往沒(méi)有固定，這兩個(gè)摩擦面都可進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而發(fā)生磨損，產(chǎn)生大量的磨屑，是導(dǎo)致假體周邊骨溶解的主要原因。[0003]超高分子量聚乙烯與金屬元件一體成型技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。將超高分子量聚乙烯熔體強(qiáng)迫嵌入多孔的金屬髖白內(nèi)壁，形成物理咬合的一體式髖白。其優(yōu)點(diǎn)在于聚乙烯材料與金屬的孔洞形成“互穿結(jié)構(gòu)”，成為一個(gè)整體，不需要另外設(shè)計(jì)和制造限位機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)效率大大提高；此外，減少了超高分子量聚乙烯與金屬髖白的滑動(dòng)摩擦面，避免了背面磨損， 利于降低磨損速率和磨屑數(shù)量。[0004]無(wú)論是哪種假體，在制成成品后，植入人體前，必須經(jīng)過(guò)滅菌處理，而輻照滅菌是重要的方法之一。此外，為了提高假體的耐磨損性能，常常將超高分子量聚乙烯進(jìn)行輻照交聯(lián)。輻照滅菌和輻照交聯(lián)都會(huì)產(chǎn)生自由基，導(dǎo)致聚乙烯在庫(kù)存期和植入后發(fā)生氧化。下面分別從輻照滅菌和輻照交聯(lián)兩個(gè)方面介紹相關(guān)的技術(shù)背景。[0005]早期主要的人工關(guān)節(jié)生產(chǎn)商普遍采用在空氣中伽馬射線輻照滅菌，并在空氣氣氛中包裝保存。在空氣中輻照 時(shí)，聚乙烯分子鏈被離解，生成的自由基迅速與氧分子結(jié)合，形成過(guò)氧自由基，誘發(fā)瀑布式氧化-鏈斷裂-自由基轉(zhuǎn)移等反應(yīng)，不斷地導(dǎo)致聚乙烯鏈發(fā)生氧化，斷裂，降解，材料強(qiáng)度和韌性顯著降低。這樣的人工關(guān)節(jié)在儲(chǔ)存超過(guò)一年半以后即發(fā)生嚴(yán)重的氧化，特別是聚乙烯下表面氧化程度最高，表面次之。輻照滅菌的人工關(guān)節(jié)植入體內(nèi) 5-10年時(shí)，關(guān)節(jié)滑液中溶解的氧分子可隨關(guān)節(jié)滑液侵入聚乙烯假體，與聚乙烯中的烷基自由基反應(yīng)，生成過(guò)氧自由基，過(guò)氧自由基導(dǎo)致聚乙烯分子鏈發(fā)生瀑布式氧化反應(yīng)，特別是下表面發(fā)生最大的氧化，疲勞韌性降低，易發(fā)生片狀剝離，導(dǎo)致假體發(fā)生松動(dòng)、脫位，是導(dǎo)致假體(特別是膝關(guān)節(jié)假體)翻修的主要原因之一。[0006]將聚乙烯假體置于真空中或低氧或無(wú)氧氣氛中輻照交聯(lián)，可避免在輻照時(shí)發(fā)生材料的氧化，避免或降低過(guò)氧化物或者過(guò)氧自由基的生成。輻照時(shí)以及輻照后將假體進(jìn)行真空包裝、惰性氣氛包裝、低氧氣氛包裝、或者無(wú)氧氣氛包裝，可大大提高聚乙烯假體在儲(chǔ)存過(guò)程中的穩(wěn)定性，顯著降低或者避免發(fā)生氧化。若采用不透氣的包裝，隔絕氧氣滲入，可進(jìn)一步降低庫(kù)存期間發(fā)生氧化的程度。然而，輻照產(chǎn)生的自由基在聚乙烯假體中穩(wěn)定存在，惰性輻照滅菌并且惰性保存的聚乙烯假體在植入人體后，雖然發(fā)生氧化的程度顯著降低，發(fā)生顯著氧化所需的時(shí)間顯著延長(zhǎng)，但假體在體內(nèi)的長(zhǎng)期(10年以上)氧化穩(wěn)定性仍有待臨床研究。[0007]非輻照滅菌技術(shù)不改變聚乙烯分子結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生自由基，因此可完全避免自由基導(dǎo)致的聚乙烯氧化問(wèn)題。環(huán)氧乙烷被廣泛地應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)滅菌。其主要原理是將環(huán)氧乙烷滲入聚乙烯假體近表面層，利用環(huán)氧乙烷的毒性來(lái)殺滅細(xì)菌、孢子等。完成滅菌后，將環(huán)氧乙烷徹底揮發(fā)，環(huán)氧乙烷與聚乙烯不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沒(méi)有殘留。環(huán)氧乙烷是易燃易爆、有毒的氣體，因此在保存、滅菌、處置過(guò)程中必須嚴(yán)格按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，尤其要避免環(huán)氧乙烷在聚乙烯假體中的殘留。[0008]輻照滅菌技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于效率高、易操作、滅菌徹底、無(wú)殘留，并且在輻照過(guò)程中能使聚乙烯分子鏈發(fā)生交聯(lián)，獲得突出的耐磨損性能。這種耐磨損性能對(duì)于聚乙烯假體的臨床表現(xiàn)和使用壽命至關(guān)重要。因此，輻照滅菌技術(shù)仍然是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的滅菌方法， 特別是適于對(duì)一體式假體進(jìn)行滅菌處理，關(guān)鍵在于發(fā)展一種方法以穩(wěn)定輻照產(chǎn)生的自由基。[0009]另一方面，輻照交聯(lián)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于提高聚乙烯假體的耐磨損性能。同樣地， 輻照產(chǎn)生的自由基是導(dǎo)致聚乙烯假體在體外和體內(nèi)發(fā)生氧化的內(nèi)在原因。輻照交聯(lián)并熔融再結(jié)晶可消除自由基，從而提高聚乙烯假體的氧化穩(wěn)定性，但熔融再結(jié)晶導(dǎo)致聚乙烯的強(qiáng)度和韌性顯著下降，易發(fā)生疲勞破壞；熔融再結(jié)晶導(dǎo)致聚乙烯假體產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，輻照交聯(lián)且熔融再結(jié)晶技術(shù)不適于制造一體式耐磨聚乙烯假體。[0010]目前采用抗氧化劑(如維生素E)可提高超高分子量聚乙烯的抗氧化能力，使超高分子量聚乙烯假體經(jīng)輻照滅菌后仍能保持優(yōu)良的氧化穩(wěn)定性，但存在著自身的局限性。現(xiàn)有的發(fā)明專利都沒(méi)有提到維生素E以外的抗氧化劑應(yīng)用于超高分子量聚乙烯-金屬一體成型假體，更沒(méi)有 揭示除維生素E以外的抗氧化劑對(duì)人工關(guān)節(jié)輻照滅菌后的穩(wěn)定化作用。發(fā)明內(nèi)容[0011]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供抗氧化人工關(guān)節(jié)假體。[0012]本實(shí)用新型包括金屬髖臼和聚乙烯內(nèi)襯；[0013]所述的金屬髖白為半球形殼體，采用金屬材料，其內(nèi)凹面一側(cè)具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，金屬髖臼中具有多孔結(jié)構(gòu)的部分的厚度為總厚度的20 60 % ;所述的多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率50 80 %，構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)的孔的內(nèi)徑為100 1000微米；所述的孔隙率為多孔結(jié)構(gòu)中孔的空間體積與多孔結(jié)構(gòu)部分總體積的比；所述的金屬材料為不銹鋼、CoCr合金、 CoCrMo合金、Ti或Ti合金；[0014]所述的聚乙烯內(nèi)襯為嵌在金屬髖臼內(nèi)的半球形殼體，其外凸面一側(cè)與金屬髖臼內(nèi)凹面的多孔結(jié)構(gòu)相匹配，通過(guò)金屬髖臼內(nèi)側(cè)的多孔結(jié)構(gòu)與金屬髖臼緊密結(jié)合；[0015]聚乙烯內(nèi)襯的材料為質(zhì)量比為1000 10000 1的超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物；所述的超高分子量聚乙烯樹脂為分子量大于等于100萬(wàn)道爾頓的線形聚乙烯樹脂，所述的抗氧化劑為咖啡酸、沒(méi)食子酸、沒(méi)食子酸月桂酯中的一種；[0016]聚乙烯內(nèi)襯外凸面的部分超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物滲入金屬髖臼的多孔結(jié)構(gòu)的孔中，并且與金屬髖臼完全物理嵌合，從而使聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼緊密結(jié)口 ο[0017]本實(shí)用新型的超高分子量聚乙烯-金屬一體式假體與金屬髖白成為一個(gè)完整的整體，避免了相對(duì)移動(dòng)發(fā)生的背摩擦磨損，可降低假體磨損，由于聚乙烯嵌入多孔結(jié)構(gòu)，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性，聚乙烯-金屬嵌合的結(jié)構(gòu)為聚乙烯摩擦面提供了最佳的力學(xué)支撐，降低了因過(guò)度剪切、拉伸、壓縮導(dǎo)致的假體應(yīng)力屈服和疲勞破壞。假體含有強(qiáng)效的抗氧化劑，可采用伽馬射線或者電子束滅菌，也可由高劑量的伽馬射線或電子束輻照交聯(lián)，獲得較高的交聯(lián)度，提高假體的抗磨損能力，同時(shí)具備優(yōu)異的氧化穩(wěn)定性。


[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0019]如圖1所示，一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體包括金屬髖臼I和聚乙烯內(nèi)襯2。金屬髖臼I為半球形殼體，采用不銹鋼、CoCr合金、CoCrMo合金、Ti或Ti合金材料。聚乙烯內(nèi)襯2為半球形殼體，材料為質(zhì)量比為1000 10000 1的超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物，其中超高分子量聚乙烯樹脂為分子量大于等于100萬(wàn)道爾頓的線形聚乙烯樹脂，抗氧化劑為咖啡酸、沒(méi)食子酸、沒(méi)食子酸月桂酯中的一種。聚乙烯內(nèi)襯2的外凸面與金屬髖臼 I的內(nèi)凹面緊密連接在一起。[0020]金屬髖臼I的內(nèi)凹面一側(cè)具有相互連通的立體網(wǎng)狀的多孔結(jié)構(gòu)，金屬髖臼I中具有多孔結(jié)構(gòu)的部分的厚度為總厚度的20 60 %，多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率50 80 %，構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)的孔的內(nèi)徑為100 1000微米。[0021]聚乙烯內(nèi)襯外凸面一側(cè)與金屬髖臼內(nèi)凹面的多孔結(jié)構(gòu)相匹配，通過(guò)金屬髖臼內(nèi)側(cè)的多孔結(jié)構(gòu)與金屬髖臼緊密結(jié)合。[0022]聚乙烯內(nèi)襯外凸面的部分超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物滲入金屬髖臼的多孔結(jié)構(gòu)的孔中，并且與金屬 髖臼完全物理嵌合，從而使聚乙烯內(nèi)襯與金屬髖臼緊密結(jié)口 ο[0023]制備該抗氧化人工關(guān)節(jié)假體的方法如下[0024]步驟(I).將抗氧化劑加入有機(jī)溶劑中混合均勻，形成抗氧化劑溶液，再將超高分子量聚乙烯樹脂粉末加入抗氧化劑溶液中，充分混合后在40 80°C下干燥5 14天，得到抗氧化劑和超高分子量聚乙烯混合物粉末；[0025]所述的有機(jī)溶劑為丙酮、乙醇、石油醚中的一種，每升有機(jī)溶劑加入50 200克抗氧化劑，加入的超高分子量聚乙烯樹脂粉末的質(zhì)量為加入的抗氧化劑的質(zhì)量的1000 10000 倍；[0026]步驟(2).將抗氧化劑和超高分子量聚乙烯混合物粉末置于半球殼形的金屬髖臼內(nèi)，加熱至180 240°C，抗氧化劑和超高分子量聚乙烯混合物粉末成為混合物熔體；用杵型陽(yáng)模對(duì)混合物熔體加壓至5 25 MPa，強(qiáng)迫混合物熔體滲入到金屬髖臼的多孔結(jié)構(gòu)的孔中；然后降溫至110 130°C，保持杵型陽(yáng)模施加的5 25 MPa壓力不變I 72小時(shí)，再降至常溫，脫模后得到假體毛坯；[0027]步驟(3).常溫下，將假體毛坯精密切削打磨拋 光成制品。
權(quán)利要求1.一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體，包括金屬髖白和聚乙烯內(nèi)襯，其特征在于所述的金屬髖白為半球形殼體，采用金屬材料，其內(nèi)凹面一側(cè)具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，金屬髖臼中具有多孔結(jié)構(gòu)的部分的厚度為總厚度的20 60 % ；所述的聚乙烯內(nèi)襯為嵌在金屬髖白內(nèi)的半球形殼體，其外凸面一側(cè)與金屬髖白內(nèi)凹面的多孔結(jié)構(gòu)相匹配，通過(guò)金屬髖臼內(nèi)側(cè)的多孔結(jié)構(gòu)與金屬髖臼緊密結(jié)合；聚乙烯內(nèi)襯的材料為質(zhì)量比為1000 10000 1的超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物；聚乙烯內(nèi)襯外凸面的部分超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物滲入金屬髖白的多孔結(jié)構(gòu)的孔中，并且與金屬髖臼完全物理嵌合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體，其特征在于所述的多孔結(jié)構(gòu)的孔隙率50 80 %，構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)的孔的內(nèi)徑為100 1000微米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體，其特征在于所述的金屬材料為不銹鋼、CoCr合金、CoCrMo合金、Ti或Ti合金。
4.如權(quán)利要求1所述的一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體，其特征在于所述的超高分子量聚乙烯樹脂為分子量大于等于100萬(wàn)道爾頓的線形聚乙烯樹脂，所述的抗氧化劑為咖啡酸、 沒(méi)食子酸、沒(méi)食子酸月桂酯中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種抗氧化人工關(guān)節(jié)假體?，F(xiàn)有產(chǎn)品易發(fā)生磨損，產(chǎn)生大量的磨屑。本實(shí)用新型包括金屬髖臼和聚乙烯內(nèi)襯；金屬髖臼采用金屬材料，為半球形殼體，其內(nèi)凹面一側(cè)具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，金屬髖臼中具有多孔結(jié)構(gòu)的部分的厚度為總厚度的20～60﹪。聚乙烯內(nèi)襯為嵌在金屬髖臼內(nèi)的半球形殼體，其外凸面一側(cè)與金屬髖臼內(nèi)凹面的多孔結(jié)構(gòu)相匹配，通過(guò)金屬髖臼內(nèi)側(cè)的多孔結(jié)構(gòu)與金屬髖臼緊密結(jié)合。聚乙烯內(nèi)襯的材料為質(zhì)量比為1000～100001的超高分子量聚乙烯和抗氧化劑的混合物。本實(shí)用新型避免了相對(duì)移動(dòng)發(fā)生的背摩擦磨損，可降低假體磨損，由于聚乙烯嵌入多孔結(jié)構(gòu)，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)A61F2/38GK202843852SQ201220429390
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者付俊, 沈杰, 程亞軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所