一种人工关节介质层及其制备方法技术

一种人工关节介质层及其制备方法，涉及一种人工骨组织材料。通过将水凝胶与导电高分子复合，在钛合金骨关节假体表面构筑一种具生物相容性、可生物降解性和细胞诱导活性的介质层。该介质层可作为关节假体表面的缓冲层，减少关节假体表面的摩擦损耗。又可作为成骨细胞生长的支架材料，有诱导成骨作用，促进植入的假体被组织快速接受。人工关节介质层呈层状结构，包括钛合金基层、纳米羟基磷灰石层、可生物降解的聚乙二醇－乳酸嵌段共聚物层和具纳米结构的聚吡咯层。在钛合金表面构筑ＨＡ涂层，然后采用光引发交联或自由基交联在ＨＡ涂层上构筑凝胶层，最后在凝胶层上原位聚合吡咯，得到修饰聚吡咯／乙二醇－乳酸嵌段共聚物／ＨＡ介质层的钛合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人工骨组织材料，尤其是涉及一种基于水凝胶一导电聚合物纳米复合材 料的人工骨关节介质层的构筑。技术背景复合型人工关节假体是当前骨关节修复与替代的前沿课题。人工关节首先要求有亲和性， 其次要有较好的机械性能，能保证长时间使用。现在的人工关节在材质、结构形状、优化设 计等方面都有了很大发展。从关节结构上看，关节头直接磨擦关节面会使骨损耗加剧恶化， 这就要求假体材料需要有①自支撑的能力，②表面的生物相容性，③表面自润滑性能。金 属/聚合物复合体系构筑人工假体是成功的范例。金属材料由于强度高，是一种理想的机械支 撑材料；聚合物以其耐磨性，广泛用于假体的填充材料和人工软骨。钛合金不易腐蚀，逐渐 淘汰不锈钢，是目前最常用于人工骨的支撑材料。如何促进成骨细胞在钛合金表面吸附、增 殖和分化，是提高假体与骨组织结合效率与相容性的关键。因此对其表面性质进行修饰改善 假体的耐磨性、抗蚀性和生物学性能成为研究的热点。虽然聚四氟乙烯(Schwartz C J, Bahadur S. Wear, 2007， 262(3-4): 331-339)和高密度聚乙烯(McKellop H A. Biomaterials, 2007， 28: 5049-5057)等生物惰性材料由于耐磨性，被广泛应用于修饰金属表面，但它们均不易降解， 生物相容性差。在钛合金表面修饰一层生物活性材料介质层，既提高与生物活体相容性，又 具诱导成骨作用，促进植入的假体被组织快速接受，将为人工骨关节假体的设计注入新的活 力，是一个具有实际应用价值和广阔发展前景的新兴领域。学者们一直致力于将一些有生物活性的物质如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定 在钛合金假体表面，充当邻近细胞、基质或可溶性因子的配基或受体，形成一个能与生物活 体相适应的过渡层。但是钛合金作为金属材料，其表面不可能同高分子材料一样具有丰富的 反应性功能基团来连接侧链、配基或生物活性分子，因此使钛表面的直接生物分子修饰受到 了一定限制。在钛合金表现修饰一介质层，再与生物分子复合是一种有效的解决途径，该介 质层可作为生物分子控释系统，在较长的一段时间内作为缓释载体向组织界面持续缓慢的释 放生物分子，可以模仿生物分子在正常组织内的释放过程，提高假体的生物活性。在钛表面 修饰生物陶瓷涂层/生物可降解高分子涂层等可有效提高假体的生物相容性及细胞活性。羟基磷灰石的晶体尺寸、构型与人骨相近，具有很好的安全性和细胞相容性(刘泉，莫安春，黄 文，实用临床医学，2007. 8(11): 4-7)。贺刚等(贺刚，陈治清，盛祖立，中国口腔种植 学杂志，2007， 12 (2): 51-55)在纯钛表面构建纳米含氟磷灰石涂层，体外成骨细胞培养显 示其具有良好的生物活性。张秀芳等为改善纯钛的生物活性，采用先用阳极氧化和微弧氧化 法在对其表面进行梯度氧化钛生物活性涂层修饰，提高了纯钛的生物活性。也有人报道了将 醋酸乙烯酯(TayFR， Pashley DH.J Adhes Dent, 2002, (42): 91-103)、聚乳酸(Chung CM，Kim JQKim MS，et al.Dent Mater, 2002， 1 (82): 174-178)、聚消旋乳酸(Kim Chung CM.J Biomed Mater Res Part B Appl Biomater,2005,7 (22): 328-333)、聚乳酸-羟基乙酸(Chen HY，Manhart J,Hickel R, et al. Dent Mater,2001,1 (73): 253-259)和胶原(Eick JD,Byerley TJ，Chappell RP， et al. Dent Mater， 1993, (92): 123-127)等高分子修饰在钛种植体表面，可在较长的一段时间内 作为缓释载体向组织界面持续缓慢的释放生物分子，持续刺激组织界面的反应。水凝胶在生物环境中界面张力低，生物相容性好；且可通过外界环境信号的改变，如pH 值、离子强度、温度、电信号等控制体积变化；此外可调节力学性质，使之与骨软组织相近。 但是水凝胶本身的生物活性差。导电高分子如聚吡咯(Polypyrrole， PPy)、聚苯胺(Polyaniline， PAn)、聚噻吩(Polythiophene， PTh)等具有良好的生物相容性，细胞诱导活性，同时其丰富 的电化学活性，通过电刺激可改变细胞活性；而PPy以其低毒性、生物安全性更是受到研究者 的喜爱，如在纯钛表面电聚合PPy涂层，具有良好的结合强度，且成骨细胞能够在PPy涂层表 面完成附着、铺展以及增殖的生物功能(段嫄嫄，贾骏，张少锋，姚月玲，王忠义，稀有金 属材料与工程，2007， 36 (1): 91-95)。当导电聚合物为纳米态时，其各种活性可得到强化 (Abidian M R, Kim D H， Martin D C.Adv. Mater, 2006, 18:405409)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。本专利技术的技术方案是通过将水凝胶与导电高分子复合，在钛合金骨关节假体表面构筑一 种具生物相容性、可生物降解性和细胞诱导活性的介质层。该介质层可作为关节假体表面的 缓冲层，减少关节假体表面的摩擦损耗；又可作为成骨细胞生长的支架材料，有诱导成骨作 用，促进植入的假体被组织快速接受。本专利技术所述的人工关节介质层呈层状结构，设有钛合金基层、纳米羟基磷灰石层、可生 物降解的聚乙二醇一乳酸嵌段共聚物层和具纳米结构的聚吡咯层，底层为钛合金，依次往上 为纳米羟基磷灰石层、可生物降解的聚乙二醇一乳酸嵌段共聚物层和具纳米结构的聚吡咯层。所述的人工关节介质层的制备方法包括以下步骤1) 溶胶一凝胶法制备合成纳米羟基磷灰石 (HA)的前驱体溶液按摩尔比，分别配制1 2mol/L的Ca(N03)2和P(C2H50)3乙醇溶液，作为钙前驱体和磷 前驱体，然后将Ca(N03)2和P(C2H50)3乙醇溶液按Ca : P为1.67摩尔比混合，搅拌，静置20 40min，取上层清液，得到HA溶胶；2) 钛合金表面处理将钛合金表面打磨，然后在乙醇和丙酮中分别超声清洗5 10min;3) 在钛合金表面构筑HA涂层用浸提法将表面处理过的钛合金片竖直浸入HA溶胶的前驱体溶液中静置1 3 min后以 1 4cm/min的提拉速度进行涂膜，提拉一层后在真空干燥箱中于140 160'C下干燥10 20 min，随后在真空炉中加热至450 55(TC，保温10 20 min后炉冷；重复3 10次，最后在 真空炉中900 110(TC烧结60 90min，炉冷，得到HA修饰的钛合金；4) 在HA涂层上构筑凝胶层将经沉积HA的钛合金置于模腔内，采用光引发交联或自由基交联得到凝胶体系； 光引发交联将丙烯酸封端的乙二醇一乳酸嵌段共聚物配成18% 25%的水溶液，将光 引发剂2， 2-二甲基—2 —二苯基苯乙酮溶于N-乙烯基吡咯垸酮配成0.3g/mL的溶液，按体积 比为1000: (2 5)将两种溶液混合，注入内置有HA修饰后的钛合金的模腔内，用光辐射 20 60s引发交联，打开模腔，取出附有凝胶层的钛合金置于乙醇中脱水，再经一次水溶涨一 乙醇脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工关节介质层，其特征在于呈层状结构，底层为钛合金，依次往上为纳米羟基磷灰石层、可生物降解的聚乙二醇－乳酸嵌段共聚物层和具纳米结构的聚吡咯层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许一婷，瞿波，邓远名，刘艳玲，戴李宗，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]