一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯及其制备方法和应用。本发明专利技术首先在UHMWPE表面溶胀预埋光引发剂后进行等离子活化处理；再由含C＝C双键单体、交联剂和光引发剂制备凝胶前驱液，最后将凝胶前驱液涂覆于UHMWPE表面，并紧贴液面覆盖疏水性板形成封闭体系，经自由基聚合反应后制备得到。本发明专利技术通过溶胀预埋光引发剂和疏水界面介导聚合，可在UHMWPE表面简单高效接枝具有硬质力学支撑耗散层和软质水合润滑层的仿关节软骨涂层。该仿生涂层与基底结合强度高、力学稳定性好，改性后的UHMWPE具有优异的摩擦学性能和良好的生物相容性，具有较高的临床实用价值。具有较高的临床实用价值。具有较高的临床实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种分子量超过100万的线型热塑性工程塑料，具有良好的化学惰性、自润滑性、耐磨性和高冲击韧性，是人工关节假体轴承界面使用最多的材料。目前，已知UHMWPE对金属的摩擦系数在0.03
‑
0.08之间，远高于人体关节面的摩擦系数(0.001
‑
0.01)。其磨损产生的磨损颗粒具有细胞毒性，不仅抑制骨髓MSCs的增殖、骨钙素生成和基质矿化，还可诱导促炎细胞因子TNF
‑
α、IL
‑
1β和IL
‑
6的产生，引起假体周围骨溶解，最终导致假体失效。因此，通过功能改性提高UHMWPE自润滑性能，减少颗粒磨损，延长关节假体使用寿命，有助于降低二次手术机率、提高患者生活质量、减少额外国家医保支出，具有重大的社会和经济意义。
[0003]关节软骨具有优异的润滑性能和承载能力，其结构和润滑机制备受关注，是一类重要的仿生对象。关节软骨具有固体基质相和表面多孔液相组成的复合双层结构，其中，固体基质提供极强的承载力(3
‑
18MPa)，表面多孔液相在加压条件下形成流体动压润滑膜，两者协同作用实现了关节软骨在体内极佳的摩擦学性能。受关节软骨启发，设计力学支撑耗散底层和润滑顶层，在构建高润滑、高承载和低磨损的新型润滑材料方面具有明显优势。但在基材表面构建仿关节软骨多层梯度结构的润滑涂层仍存在一些关键问题：
①
各界面结合强度不足，导致涂层易脱落和失效；
②
凝胶涂层滞后现象明显，抗疲劳性能差；
③
各层之间整合制备过程复杂等。因此，有必要改善基材表面构建仿关节软骨润滑涂层的制备工艺，使制备得到的涂层具有高结合力、低摩擦、高承载等优势。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的首要目的是提供一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法。
[0005]本专利技术的第二个目的是提供采用上述制备方法制备得到的具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯。
[0006]本专利技术的第三个目的是提供上述具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯在制备生物医用材料中的应用。
[0007]本专利技术的上述第一个目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0009]S1、先在超高分子量聚乙烯表面溶胀预埋光引发剂，然后进行等离子体表面活化处理；
[0010]S2、将含C＝C双键单体、交联剂和光引发剂制成凝胶前驱液；
[0011]S3、在步骤S1活化处理后的超高分子量聚乙烯表面涂覆步骤S2配置的凝胶前驱液，然后紧贴液面盖上疏水性盖板形成封闭体系，在光照射下进行自由基聚合反应，最后经洗涤干燥得到具有自润滑仿生软骨涂层的超高分子量聚乙烯。
[0012]优选地，步骤S1中，溶胀预埋光引发剂的方法为：将超高分子量聚乙烯置于含光引发剂的溶液中，20
‑
50℃下加热溶胀0.5
‑
12h，所述光引发剂包括二苯甲酮。
[0013]优选地，步骤S1中，等离子体表面活化处理的能量为200
‑
400W，工作气体为大气，工作时间为10
‑
20min。
[0014]优选地，步骤S2中，所述含C＝C双键单体包括丙烯酰胺、丙烯酸甲酯中的至少一种，所述交联剂包括N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺，所述光引发剂包括2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]‑1‑
丙酮；所述含C＝C双键单体在凝胶前驱液中的终含量为67.3
‑
88.8wt％，所述交联剂在凝胶前驱液中的终含量为43.6
‑
61.6ppm，所述光引发剂在凝胶前驱液中的终含量为25.4
‑
35.8ppm。
[0015]更优选地，所述含C＝C双键单体为丙烯酰胺和丙烯酸甲酯的组合；所述丙烯酰胺在凝胶前驱液中的终含量为37.7
‑
88.8wt％，所述丙烯酸甲酯在凝胶前驱液中的终含量为0
‑
30.4wt％，且所述丙烯酸甲酯的用量不为0，所述交联剂在凝胶前驱液中的终含量为43.6
‑
44.8ppm，所述光引发剂在凝胶前驱液中的终含量为25.4
‑
26.1ppm。
[0016]本专利技术在超高分子量聚乙烯表面制备具有长效润滑仿关节软骨涂层的过程中，首先，在UHMWPE表面预埋光引发剂二苯甲酮，并结合等离子体活化处理后，再涂覆由含C＝C双键单体、交联剂和光引发剂构成的凝胶前驱液，通过单体渗透和光引发自由基聚合作用，构建渗透互穿界面，实现UHMWPE基底与凝胶涂层的牢固结合；其次，利用疏水性盖的“基底效应”，抑制顶层单体聚合，降低顶层高分子链的交联度和缠结程度，使得其类似于支化悬垂链，从而在凝胶涂层顶部引入软质水合润滑层，且连续同质界面的构建提高了材料的整体稳定性；再者，利用超低交联剂(比如，N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺)和引发剂使得凝胶涂层的交联由超高分子量高分子链的物理缠结主导，密集的链间缠结有助于维持网络构型和应力分散，同时适当比例的丙烯酸甲酯提高了凝胶的抗溶胀性能，所得强韧水凝胶滞后性低、抗疲劳性好，在湿性环境中溶胀度低，用作力学支撑耗散层，可有效提高其承载能力和耐磨损性能。
[0017]最优选地，所述丙烯酰胺在凝胶前驱液中的终含量为42.3wt％，所述丙烯酸甲酯在凝胶前驱液中的终含量为25.6wt％，所述交联剂在凝胶前驱液中的终含量为44ppm，所述光引发剂在凝胶前驱液中的终含量为25.6ppm。
[0018]优选地，步骤S3中，自由基聚合反应的光照为紫外光照射，光照的功率为30W，反应时间为16
‑
18min。
[0019]优选地，步骤S3中，所述疏水性盖板包括亚克力盖板、聚四氟乙烯盖板、聚苯乙烯盖板。更优选地，所述疏水性盖板选自亚克力(PMMA)盖板。疏水PMMA链上含有丰富的活性氢，通过自由基链转移反应，可以显著降低PMMA板附近单体的聚合速度，即基底效应。
[0020]优选地，所述超高分子量聚乙烯在使用前，需要先打磨至表面粗糙度Ra<0.2μm。
[0021]本专利技术的上述第二个目的是通过以下技术方案来实现的：
[0022]采用上述的制备方法制备得到的具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚
乙烯。
[0023]所述具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、先在超高分子量聚乙烯表面溶胀预埋光引发剂，然后进行等离子体表面活化处理；S2、将含C＝C双键单体、交联剂和光引发剂制成凝胶前驱液；S3、在步骤S1活化处理后的超高分子量聚乙烯表面涂覆步骤S2配置的凝胶前驱液，然后紧贴液面盖上疏水性盖板形成封闭体系，在光照射下进行自由基聚合反应，最后经洗涤干燥得到具有自润滑仿生软骨涂层的超高分子量聚乙烯。2.根据权利要求1所述的一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，溶胀预埋光引发剂的方法为：将超高分子量聚乙烯置于含光引发剂的溶液中，20
‑
50℃下加热溶胀0.5
‑
12h，所述光引发剂包括二苯甲酮。3.根据权利要求1所述的一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，等离子体表面活化处理的能量为200
‑
400W，工作气体为大气，工作时间为10
‑
20min。4.根据权利要求1所述的一种具有长效润滑仿关节软骨涂层的超高分子量聚乙烯的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述含C＝C双键单体包括丙烯酰胺、丙烯酸甲酯中的至少一种，所述交联剂包括N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺，所述光引发剂包括2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]
‑1‑
丙酮；所述含C＝C双键单体在凝胶前驱液中的终含量为67.3
‑
88.8wt％，所述交联剂在凝胶前驱液中的终含...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈慧勇，吴丁财，王鹏，蔡兆鹏，唐友臣，谢中瑜，黄家俊，程子颖，黄浚燊，任航，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：