一种人工关节软骨及其制备方法技术

本发明专利技术为一种人工关节软骨，其特征在于，由下列原料制备而成，聚乙烯醇与水，所述聚乙烯醇原材料的分子量的范围在1000‑1900之间，所述聚乙烯醇与水的投料比为15%~70%（w/v），所得产品提升了材料的抗感染能力，降低了临床手术的植入风险，还有显著提升了材料的综合机械性能，包括抗压强度、耐疲劳性能和耐磨损性能等。

Artificial articular cartilage and its preparation method

The invention relates to an artificial articular cartilage, which is characterized in that the polyvinyl alcohol and water are prepared from the following raw materials. The molecular weight range of the polyvinyl alcohol raw materials is between 1000 and 1900. The feed ratio of the polyvinyl alcohol and water is 15%~70%(w/v). The product improves the anti-infective ability of the materials, reduces the implantation risk of clinical operation, and significantly improves the material. The comprehensive mechanical properties of the material include compressive strength, fatigue resistance and wear resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种人工关节软骨及其制备方法
本专利技术涉及一种人工关节软骨及其制备方法，属于医疗器械、生物材料、医用材料
，是一种作为关节软骨置换术治疗关节炎的关键材料。
技术介绍
关节炎泛指发生在人体关节及其周围组织，由炎症、感染、退化、创伤或其他因素引起的炎性疾病，主要包括骨关节炎、类风湿性关节炎、强制性脊柱炎、反应性关节炎、痛风性关节炎等。据统计我国的关节炎患者有1亿以上，且人数在不断增加，其中50岁以上人群中半数患骨关节炎，65岁以上人群中90％女性和80％男性患骨关节炎，严重者寿命约缩短10～15年。关节炎是由多种因素，包括增龄、肥胖、劳损、创伤、关节先天性异常、关节畸形等诸多因素引起的关节软骨病变，临床表现为关节的红、肿、热、痛、功能障碍及关节畸形，严重者导致关节残疾、影响患者生活质量。关节炎的治疗是目前世界性的难题之一，现行常规治疗有药物治疗和手术治疗。药物治疗主要指激素类药物暂时性缓解疼痛，但无法阻止软骨病变面积的扩增和病情恶化。手术治疗主要有关节融合术和关节置换术，从本质上讲，关节融合是一种“毁坏性”手术，直接将关节上下两端的骨骼采用内固定(髓内钉)或外固定(外固定支架)强制性地固定起来，然后依靠骨的自身生长能力，使两块骨骼生长为一体。患者进行关节融合术后，关节将永久失去活动功能，患者生理运动能力严重受限，生活质量严重下降；关节置换术是用人工制造的关节代替疼痛或功能障碍关节的一种医学治疗方法，是一种机械性地的治疗手段，置换后患者关节运动功能亦严重受限，同时易发生感染、松动、脱位、骨折等手术风险，另外植入材料长期的磨损老化亦是主要的风险之一。关节软骨置换是近年来提出的一种新兴的关节炎治疗手段，主要指用人工合成的软骨置换病变软骨，可有效减轻关节疼痛，同时保持关节活动功能，相比关节融合术主要的优势在于对关节的损伤较小，软骨置换术仅替换病变软骨，无需破坏整个关节，所以软骨置换术是一种比较理想的治疗关节炎的方式。近年来,众多研究表明,聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)水凝胶具有和人体关节软骨类似的生物力学性能和良好的生物相容性，是一类较为理想的人工关节软骨材料。作为长期植入人体且承载日常生理运动功能的材料，其良好的生物相容性已得到验证，但综合机械性能能否承载人体长期的复杂的生理运动动能，还有待研究，尤其是抗压强度、耐磨损和耐疲劳等性能，同时材料的抗感染能力亦是需要考虑的关键指标。专利CN106552286A中所描述的人工软管材料，将聚乙烯醇的含量控制在15～20％之间，此含量范围的聚乙烯醇水凝胶经交联后呈疏松多孔性，孔径较大，细菌极易侵入，一旦感染，细菌往往在材料内部快速繁殖，但抗生素很难进入材料内部杀灭细菌，所以临床使用的风险较大，另外，此范围的力学性能能否满足人体人体长期所需，能否承载人体复杂的生理活动等关键技术问题还有待验证。专利CN107419654A中材料添加抗菌材料来增强材料的受感染能力，虽然材料的抑菌性能有所提升，但添加材料的生物安全性有待验证，同时抗菌材料添加过少，则很难起到抑菌作用，若添加过多，则减弱了聚乙烯醇水凝胶分子间的作用力，导致材料交联能力受限，势必影响材料的耐疲劳和耐磨损性能。专利CN1961975A中的聚乙烯醇含量在15～30％之间，同样存在专利CN106552286A中所描述的细菌侵入问题。此外，上述专利及人工关节软骨材料提供了制备方案，由于人工关节软骨材料(即经交联后的聚乙烯醇水凝胶)植入关节后，固定困难，关节运动时极易移位造成关节囊肿或者引起其它关节疾病，因此，将材料设计加工成特定的形状，便于植入后的固定具有重要的临床意义。本专利技术主要在提升聚乙烯醇水凝胶材料的生物力学性能，提升材料的抗感染能力等方面进行提升，在形状方面，设计加工成便于手术植入和长期固定的特定形状，使其具有实际的临床使用价值。
技术实现思路
1.人工关节软骨材料的制备及特点聚乙烯醇水凝胶人工关节软骨材料若作为第一跖趾关节植入物治疗痛风性关节炎，首先，由于足部常受细菌感染，尤其真菌可侵入真皮而导致感染，在手术植入或者创口未愈合的情况下，材料受感染几率更高，一旦细菌侵袭材料内部，前期不易发现，后期可能导致整个关节功能丧失，甚至有截肢的风险，所以材料的抗感染性能显得尤为关键；其次，第一跖趾关节承载着人体的站立、步行、跑步等复杂的生理运动，尤其在跑步或者跳舞的时候，第一跖趾关节瞬间的受力将是人体自身的数倍，所以此部位的关节软骨尤其需要更高的抗压强度；再次，若人体按每天步行1万步计算，每年将有365万步，软骨将承载365万次的压缩和磨损，30年将承载过亿次的压缩和磨损，所以材料具有良好的耐疲性能和耐磨损性能直接决定材料植入人体的有效期。本专利技术主要通过以下几方面进行研究，首先，提升了材料的抗感染能力，降低了临床手术的植入风险，还有显著提升了材料的综合机械性能，包括抗压强度、耐疲劳性能和耐磨损性能等，以保证材料能够承载人体复杂的生理运动的能力和长期植入的有效性和安全性，主要包括以下步骤：(1)聚乙烯醇原材料的选用本步骤主要是合理控制聚乙烯醇原材料的分子量分布范围，加剧不同分子量之间的运动性能，从而增加分子间的碰撞机会，使材料的交联更趋于完全，交联所形成的体型网状结构更加稳定，降低材料内部熵值，宏观上主要表现为材料的长期稳定性显著增加。但分子量分布超过一定的范围，长链的大分子数量将减少，交联过程分子自身的卷曲程度不够，形成过于致密的体型网状结构，宏观上主要表现为材料的弹性模量降低，过于僵硬。一般聚乙烯醇的分子量分布范围在1750±50之间，分子量分布范围过窄，则在交联过程中，长链分子运动困难，分子间碰撞机会降低导致交联不完全，交联后的材料熵较大，稳定性较差，生物力学性能欠佳，增加原材料聚乙烯醇的分子量分布范围，可增加不同长度的聚乙烯醇分子链，分子间碰撞机会增加，材料的交联更加趋于完全，材料的孔径大小基本趋于一致，生物力学性能增加，经实验研究发现，控制聚乙烯醇的分子量分布范围在1000～1700之间，经交联后的人工关节软骨材料具有较为理想的生物力学性能和抗感染性能。聚乙烯醇原材料(平均聚合度在1000～1900之间)的获得途径为实验室合成。(2)聚乙烯醇与水的投料比的控制投料比即聚乙烯醇原材料和水之间的比例，投料比主要影响材料的交联过程，交联程度等，从而影响材料的综合性能，一般地，形成水凝胶的溶液或者溶胶需要满足：溶质的溶解度降低，使被分散的物质从溶液中以“胶体分散状态析出”，析出的细微颗粒不沉降，也不能自由运动，从而构成遍布整个体系的连续网状结构。所以，在一定的投料比范围之内，聚乙烯醇与水才可交联形成稳定的凝胶态，在此范围内，实验发现，聚乙烯醇原材料的含量越高，则交联后的孔径越小，细菌越不易入侵，抗感染能力越强，同时生物力学性能也得以提升，包括抗压强度、耐疲劳性能和耐磨损性能都得以明显提升。本专利技术通过实验确定聚乙烯醇与水的投料比为15％～70％(w/v)之间，经交联后所得的人工关节软骨材料具有较理想的综合机械性能和抗感染能力。(3)交联条件的优化和交联过程的控制本步骤主要是优化聚乙烯醇材料的交联过程，控制形成凝胶的关键步骤，凝胶化现象一般经过线型缩聚阶段、轻微交联阶段、最后到体型缩聚阶段，凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工关节软骨，其特征在于，由下列原料制备而成，聚乙烯醇与水，所述聚乙烯醇原材料的平均聚合度的范围在1000‑1900之间，所述聚乙烯醇与水的投料比为15%~70%（w/v）。

【技术特征摘要】
1.一种人工关节软骨，其特征在于，由下列原料制备而成，聚乙烯醇与水，所述聚乙烯醇原材料的平均聚合度的范围在1000-1900之间，所述聚乙烯醇与水的投料比为15%~70%（w/v）。2.如权利要求1所述的一种人工关节软骨，其特征在于，所述聚乙烯醇与水的投料比为30%~55%（w/v）。3.权利要求1或2所述的人工关节软骨在制备人工关节软骨材料中的应用。4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，人工关节软骨材料的整体呈前段具有凹槽的圆柱状，圆柱的厚度为5mm~30mm，圆柱体半径为5mm~30mm，圆槽半径为1.5mm~15mm，圆槽嵌入深度为0mm~10mm，前段棱角圆弧半径为0.5mm~10mm。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳仁民，孙乐青，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东,37