一种带有自修复表层的人工关节的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带有自修复表层的人工关节的制备方法，人工关节由自修复表层和钛合金基底组成，自修复表层为聚合物电解质层；该制备方法包括以下步骤：(1)配置聚阳离子电解质溶液和聚阴离子电解质溶液；(2)将钛合金基底进行羟基化处理，形成羟基化基底；(3)层层自组装聚电解质层，完成人工关节的制备。采用本发明专利技术所制作的人工关节具有良好的自修复性能，可以有效保持人工关节的材料完整性、机械完整性和润滑功效，提供良好摩擦学性能、减少磨屑、延长使用寿命。

A preparation method of artificial joint with self-repairing surface

The invention discloses a preparation method of artificial joint with self-repairing surface, which consists of self-repairing surface and titanium alloy base, and self-repairing surface is a polymer electrolyte layer. The preparation method comprises the following steps: (1) configuring polycationic electrolyte solution and polyanionic electrolyte solution; (2) hydroxylating titanium alloy base to form hydroxylated base. (3) Self-assemble polyelectrolyte layer by layer to complete the preparation of artificial joint. The artificial joint manufactured by the invention has good self-repairing performance, can effectively maintain the material integrity, mechanical integrity and lubrication effect of the artificial joint, provide good tribological performance, reduce debris and prolong service life.

【技术实现步骤摘要】
一种带有自修复表层的人工关节的制备方法
本专利技术涉及一种带有自修复表层的人工关节的制备方法。
技术介绍
置换人工关节材料，在使用过程中会产生大量磨屑，磨屑聚积导致巨噬细胞吞噬诱发不良的生理反应，释放大量溶骨因子，导致破骨细胞发生骨吸收，最终使固定良好的人工关节因无菌松动和骨质溶解而失效，严重影响质量与使用寿命。因此改善置换关节在机体环境中的润滑状态、延长有效使用寿命，对于提高生命质量具有重要意义。关节软骨是一种天然优异的化学装置，具有一定的自修复能力，当受损面积直径小于3mm时可部分或全部自修复，多种生长因子和细胞因子可以协同作用促进软骨的修复[AshikuSK,RandolphMA,VaeantiCA,eta1.Tissueengineeredcartilage.MaterialsScienceForum,1997,250:129-150.]。软骨表面的活性磷脂层是由两亲磷脂分子构建的纳米级层，具有自组装性能，活性磷脂层受到微扰之后能够进行重构，恢复其完整性；同时，通过与关节滑液协调作用，参与边界润滑[A.Gadomski,P.Towardagoverningmechanismofnanoscalearticularcartilage(physiological)lubrication:smoluchowski-typedynamicsinamphiphileprotonchannels.ActaPhysicaPolonica.SeriesB,2013,44(8):1801-1821.]。置换人工关节材料与天然软骨结构上的差异、关节滑液的缺失，使其很难具备自修复性能。因此有必要提出一种新型的、具有良好自修复性能的人工关节材料及制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种表面具有自修复性，基底保持了原有钛合金人工关节材料良好力学性能的人工关节的制备方法。采用本专利技术所制作的人工关节具有良好的自修复性能，可以有效保持人工关节的材料完整性、机械完整性和润滑功效，提供良好摩擦学性能、减少磨屑、延长使用寿命。具体的技术方案为：1、一种带有自修复表层的人工关节的制备方法，所述人工关节由自修复表层和钛合金基底组成，所述自修复表层为聚合物电解质层；该制备方法包括以下步骤：(1)配置聚电解质溶液：分别配置聚阳离子电解质溶液和聚阴离子电解质溶液；(2)将钛合金基底进行羟基化处理，形成羟基化基底；(3)层层自组装聚电解质层，包括如下分步骤：(3.1)将羟基化基底放入聚阳离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阳离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.2)然后放入到聚阴离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阴离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.3)依次重复步骤(3.1)和(3.2)，形成具有交错叠加的N层聚阳离子电解质层与N层聚阴离子电解质层的具有多层结构的聚合物电解质层；N≥2；完成人工关节的制备。优选地，在步骤(3)中，清洗采用去离子水。聚阳离子电解质溶液采用医用级聚阳离子电解质配制，聚阳离子电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵或壳聚糖中；聚阴离子电解质溶液采用医用级聚阴离子电解质配制，聚阴离子电解质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠或透明质酸钠中的任一种。本专利技术中自修复表层为通过静电力、氢键相互作用、利用层层自组装技术制备的聚电解质层。在摩擦磨损过程中，聚电解质层的表层受损后，断裂面处的功能基团分离，受润滑液中水分子的激发，带电基团通过静电吸附、氢键相互作用促使聚电解质链相互扩散移动，直至受损断面彼此接触，从而恢复受损区的完整性。因此聚电解质层呈现出良好的自修复性能。在润滑液中，聚电解质带电基团吸附水分子形成的水合离子充当“滚动轴承”，表面形成润滑屏障，具有良好的润滑作用。钛合金基底保持了良好的力学性能，对来自人体关节的生理冲击具有良好的承载能力。聚电解质层的自修复性能，使得人工关节保持了良好的材料完整性、机械完整性和良好的润滑功效，减少磨屑，有效延长了人工关节的使用寿命，对于提高生命质量具有重要意义。由于层层自组装限定在材料表面，因而保证基底钛合金的优异力学性能。优选地，为保证所形成的单层电解质层的厚度，所述聚阳离子电解质溶液的浓度为0.1-5mg/mL。所述聚阴离子电解质溶液的浓度为0.1-5mg/mL。优选地，在步骤(3.1)中，羟基化基底在聚阳离子电解质溶液中的每次浸泡时间为1-30min；在步骤(3.2)中，羟基化基底在聚阴离子电解质溶液中的每次浸泡时间为1-30min。进一步地优选，羟基化基底在聚阳离子电解质溶液中的每次浸泡时间与在聚阴离子电解质溶液中的每次浸泡时间相同。在上述条件的限制下，可形成厚度较为适宜的聚合物电解质层，在静电作用下，能够使相邻的聚阴离子电解质层与聚阳离子电解质层内的分子链能够最大限度地相互移动发生静电结合，以形成交联网状结构。具体地，所述的羟基化处理为氧气等离子体处理、紫外光辐照处理或碱溶液处理。上述处理方式均为较为成熟的羟基化处理方法，可对钛合金基底进行羟基化处理。在水溶液中，羟基化表面呈负电性，是能够在钛合金基底组装聚合物电解质层的基础。进一步，聚合物电解质层的厚度为10nm～500μm。优选地，聚阳离子电解质溶液采用壳聚糖制备而成，聚阴离子电解质溶液采用聚丙烯酸制备而成；多层聚合物电解质层包括交错叠加的十层聚阳离子电解质层与十层聚阴离子电解质层，该多层聚合物电解质层的厚度为22-28μm。在上述厚度内的聚电解质层，其多孔网络结构，即可以提供有效润滑，提高摩擦学性能，又可以有效承载摩擦副的载荷冲击，提高人工关节的载荷承载能力。本专利技术与现有技术相比具有显著优点：本专利技术制备的具有自修复表层的人工关节，其表层为层层自组装聚电解质层。在摩擦磨损过程，磨损断裂面处聚电解质分子链，受润滑液中水分子的激发，发生相互扩散、彼此移动，直至恢复受损区的完整性。聚电解质层的自修复性能，使得人工关节保持了良好的材料完整性、机械完整性和良好的润滑功效，有效延长了人工关节的使用寿命，对于提高生命质量具有重要意义。由于层层自组装限定在材料表面，因而保证基底钛合金的优异力学性能。自修复性能试验表明，浓度为0.5mg/mL的壳聚糖水溶液与浓度为0.5mg/mL的聚丙烯酸水溶液制备的30层聚电解质层，在去离子水中浸泡5min，显微镜观察发现伤口完全愈合。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1分别配置0.1mg/mL的聚二烯丙基二甲基氯化铵聚阳离子电解质水溶液、0.1mg/mL的聚丙烯酸聚阴离子电解质水溶液；对钛合金进行氧气等离子体处理，时间5min，得到羟基化基底；将羟基化基底浸没在聚阳离子电解质水溶液中1min，取出用去离子水清洗吹干，然后浸没在聚阴离子电解质水溶液中1min，取出清洗吹干；在两种聚电解质溶液中分别浸没5次，形成5层聚阳离子电解质层与5层聚阴离子电解质层交错叠加的聚电解质层。制成1#带有自修复表层的钛合金人工关节。实施例2分别配置0.5mg/mL的壳聚糖聚阳离子电解质水溶液、0.5mg/mLmol/L的聚丙烯酸聚阴离子电解质水溶液；对钛合金进行氧气等离子体处理，处理时间10min，得到羟基化基底；将羟基化基底浸没在聚阳离子电解质水溶液中20min，取出用去离子水清洗吹干，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有自修复表层的人工关节的制备方法，其特征在于，所述人工关节由自修复表层和钛合金基底组成，所述自修复表层为聚合物电解质层；该制备方法包括以下步骤：(1)配置聚电解质溶液：分别配置聚阳离子电解质溶液和聚阴离子电解质溶液；(2)将钛合金基底进行羟基化处理，形成羟基化基底；(3)层层自组装聚电解质层，包括如下分步骤：(3.1)将羟基化基底放入聚阳离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阳离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.2)然后放入到聚阴离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阴离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.3)依次重复步骤(3.1)和(3.2)，形成具有交错叠加的N层聚阳离子电解质层与N层聚阴离子电解质层的具有多层结构的聚合物电解质层；N≥2；完成人工关节的制备。

【技术特征摘要】
1.一种带有自修复表层的人工关节的制备方法，其特征在于，所述人工关节由自修复表层和钛合金基底组成，所述自修复表层为聚合物电解质层；该制备方法包括以下步骤：(1)配置聚电解质溶液：分别配置聚阳离子电解质溶液和聚阴离子电解质溶液；(2)将钛合金基底进行羟基化处理，形成羟基化基底；(3)层层自组装聚电解质层，包括如下分步骤：(3.1)将羟基化基底放入聚阳离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阳离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.2)然后放入到聚阴离子电解质溶液中浸泡，形成一层聚阴离子电解质层，取出清洗并干燥；(3.3)依次重复步骤(3.1)和(3.2)，形成具有交错叠加的N层聚阳离子电解质层与N层聚阴离子电解质层的具有多层结构的聚合物电解质层；N≥2；完成人工关节的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，聚阳离子电解质溶液采用医用级聚阳离子电解质配制，聚阳离子电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵或壳聚糖中；聚阴离子电解质溶液采用医用级聚阴离子电解质配制，聚阴离子电解质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠或透明质酸钠中的任一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚阳离子电解质溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓亚玲，孙见君，马晨波，熊党生，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32