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带人工软骨结构的复合人工关节体制造技术

技术编号:687415 阅读:204 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
带人工软骨结构的复合人工关节体,在一个力学支撑单元上与相对关节面的对磨配合端设置有聚乙烯醇水凝胶人工软骨结构层,与之相对的力学支撑单元与基底骨的连接端设置有至少一个固定凸结构。该力学支撑单元可采用为纳米羟基磷灰石/医用高分子材料和/或具有孔隙的支架型力学支撑结构的复合材料结构体,其中充填有载生长因子的壳聚糖海绵体。聚乙烯醇水凝胶人工软骨层可以采用含水率为80wt%~90wt%,厚度0.5~7mm聚乙烯醇水凝胶材料。在植入初期该复合人工关节体可通过固定凸结构与基底骨牢固机械嵌合而赋予植入体即刻的稳定性,并随诱导或促进基底骨组织的长入而逐渐实现其间的机械互锁和生物型牢固固定,且随植入时间的延长而愈益稳固。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种带人工软骨结构的复合人工关节体,可作为关节软骨损伤或病变修复人工植入体。
技术介绍
关节软骨损伤和病变是临床骨科的常见疾病,由于关节软骨是无血运和单一的结缔组织,其自身修复能力极其有限,一旦发生损伤或病变,很难自愈甚至导致关节损坏,故必须进行软骨替代。临床上的关节软骨治疗主要通过关节假体——如常用的金属/超高分子量聚乙烯复合组件形式的关节假体置换。目前关节置换的主要缺点,其一,是人工关节使用寿命短。金属与超高分子量聚乙烯配伍很难形成液膜润滑,导致产生过多磨屑,从而引起周围活组织的异物反应并诱导关节假体松动;其二,是手术时必须切除大量健康骨,而这些健康骨在吸震方面起着重要作用。因而对轻、中度骨关节炎患者,可采用人工软骨置换受损软骨,从而保留健康骨;对重度骨关节炎患者,可设计带有软垫(即人工软骨)支撑的新型人工关节以实现有效润滑,减少术后并发症并延长其使用寿命。根据软骨自身的特点,作为人工软骨替代材料应满足的要求包括良好的生物力学性能、优良的润滑性和耐磨性、与基底骨牢固的连接性和生物相容性等。目前的软骨替代材料多选用与软骨生物力学性能相近的高弹性材料,如硅橡胶、聚氨酯及聚乙烯醇(PVA)水凝胶等。其中硅橡胶材料易于磨损,且易吸收体液中的油性物质造成短期老化失效;作为需长期使用的植入材料,聚氨酯的降解性能有待改进。研究表明,正常的关节软骨是一种液-固相材料,具有双相性,渗透性随负荷变化呈非线性相关,表现为粘弹性。在承重的早期,液膜压是负重的主要形式,使软骨固体基质上的应力降至最低,是对基质的保护。由于关节软骨的固体基质是具有渗透性的柔软组织,水分子可在压力梯度下流动,在持续负重时水分可逐渐被挤出,起润滑作用。PVA水凝胶材料的分子呈网状交联分布,网状结构上结合有PVA分子电离产生的阴性电荷组,水分子散在地充填于网状结构中,具有与关节软骨相类似的液-固相基本结构,都可以被看作是一种两相不相混溶、微观上不可压缩介质的混合物,一相为网状结构的组成物,一相是分布于其中且可以流动的水分子。在载荷作用下,液体也可以渗入和挤出,从材料中挤出的液体被卷吸作为润滑剂。因此,PVA水凝胶可望模拟关节软骨的力学行为,是具有类似天然软骨的含水多微孔和可渗透材料组织,在承受负荷时表现出相似的行为特征。此外,PVA水凝胶还具有良好的生物相容性和生物摩擦学特性以及与关节软骨相似的力学性能,且在体内不发生降解。因而,PVA水凝胶是目前作为人工软骨的首选材料之一。在实际植入置换过程中,如何将PVA软骨假体稳定地固定于关节软骨缺损部位,至今还是国内外尚未能满意解决的一个问题。目前使用的固定方法有①机械固定材料制作时与金属纤维网结合,通过固定金属网来达到对PVA软骨假体的固定。由于金属网缺乏生物活性,不能诱导或促进基底骨的生长或重建,故无法形成生物固定,且频繁使用中金属网的疲劳破坏和腐蚀损坏均会影响其固定和使用效果。②化学固定用特殊的粘合剂把PVA软骨假体粘接在基底骨上。但因粘合剂缺乏生物活性和骨诱导性及其在体内的老化退变亦无法维持长期牢固固定。上述较PVA水凝胶人工软骨植入材料尽管能克服金属-超高分子量聚乙烯对关节假体、硅橡胶、聚氨酯关节软垫材料存在的易磨损松动、界面润滑性差和易老化等不足,但其PVA表面光滑,无生物活性,软骨假体与骨基底的结合性能差等,仍是影响其固定和发挥修复功能的问题。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术将提供一种带人工软骨结构的复合人工关节体,可以满意地解决上述植入假体在关节软骨缺损部位的稳定固定问题。本专利技术的带人工软骨结构的复合人工关节体,是在一个力学支撑单元上与相对关节面的对磨配合端设置有聚乙烯醇水凝胶人工软骨结构层,与之相对的力学支撑单元与基底骨的连接端设置有至少一个固定凸结构。试验结果显示,上述带人工软骨结构的复合人工关节体结构中的该聚乙烯醇(PVA)水凝胶人工软骨层材料的含水率一般可以为80wt%~90wt%,材料层的厚度一般可以在0.5mm~7mm范围内,是根据天然关节软骨的性能指标的一种优化设计。关节体结构中所说的该固定凸结构一般可以为3~6个柱状形式结构,其直径可为2mm~5mm,长度为2mm~10mm。上述带人工软骨结构的复合人工关节体中所说的该力学支撑单元,除可以采用目前已有报导和/或使用的各种具有相应强度模量的材料外,其中特别推荐使用的,是目前已多有研究和报导的纳米羟基磷灰石/医用高分子材料的复合材料结构体。其中,纳米磷灰石或类骨磷灰石中的钙/磷比例与天然骨磷灰石的钙/磷比例相近,具有理想的生物活性。所说的医用高分子材料可以有较大的选择范围,如包括聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺612、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺1212、聚酰胺46、聚酰胺2、聚谷氨酸、聚谷氨酸/聚谷氨酸乙酯共聚物、聚谷氨酸/聚亮氨酸共聚物、聚-甲基谷氨酸酯/聚β-苄-L-天冬酸酯共聚物、聚羟烷基-L-谷氨酰胺、聚N-酰基-4-羟基脯氨酸酯、聚N-酰基-L-色氨酸酯、胶原、明胶等聚酰胺类成分,和/或包括聚烯烃类、芳香聚酯类、聚氧乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、脂肪族聚酯、纤维素、聚乙烯醇等非聚酰胺高聚物材料中的一种或多种。作为本专利技术带人工软骨结构的复合人工关节体中的主体力学支撑单元,优选推荐采用的是纳米羟基磷灰石/聚酰氨6、纳米羟基磷灰石/聚酰氨66、纳米羟基磷灰石/聚乙烯类成分等形式的复合材料。其中,纳米羟基磷灰石微粒一方面作为无机相弥散分布于聚合物基体中起增强作用,另一方面,其较高的表面活性和生物活性以及与天然骨磷灰石在组成和结构上的相似性使之能够与周围骨组织形成直接的骨性结合。聚酰氨6、聚酰氨66及聚乙烯等则均为工程塑料,具有优良的机械性能,且生物相容性良好,在体内引起的异物反应小。研究已证实,上述三类复合材料均具有与人体皮质骨相当的力学强度,临床上可用于人体承重骨缺损的修复。人工关节软骨植入人体后,其初始的稳固固定对于植入的成功与否至关重要。稳定的植入物—骨界面可使基底骨组织逐渐长入植入物孔隙中,逐渐发生血管化,并形成成熟骨;而如果植入物—骨的界面发生松动或移位,很容易损伤新生骨组织,并妨碍其血管化,骨组织无法正常向假体孔隙中生长,便在界面处形成一纤维结缔组织层,该层逐渐钙化变硬,进一步影响植入物与基底骨之间的界面结合,从而导致植入失败。本专利技术上述的带人工软骨结构的复合人工关节体的主体力学支撑单元用于与基底骨的连接端设置有一个或多个固定凸结构,如上述的柱、棒等形式的固定凸结构,通过在基底骨上钻出的相应孔,即可将固定凸结构插入其中,起到初始稳固固定的作用。之后,随着时间的延长,骨组织的逐渐长入并发生血管化,即可形成成熟骨,实现植入的假体与基底骨之间牢固的生物型结合,且植入时间愈久结合也将越稳固。骨再生的必要条件包括成骨细胞、局部的血运及成骨诱导因子等。其中成骨细胞可以由局部间叶组织中的可分化细胞转化而来,而主体力学支撑单元中如能具有较充分的三维贯通孔隙,则将有利于血管的长入及血运的建立。在不同材料和/或组成形式的主体力学支撑单元中,虽多能存在有相应的孔隙或缝隙,但在上述结构基础上,将所说的力学支撑单元采用为具有较大、特别是能相互连通的孔隙的支架型力学支撑结构则是更为、且特别理想的。例如,使所说该具有较大孔隙的本文档来自技高网
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【技术保护点】
带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是在一个力学支撑单元(4)上与相对关节面(7)的对磨配合端设置有聚乙烯醇水凝胶人工软骨结构层(1),与之相对的力学支撑单元(4)与基底骨(6)的连接端设置有至少一个固定凸结构(2)。

【技术特征摘要】
1.带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是在一个力学支撑单元(4)上与相对关节面(7)的对磨配合端设置有聚乙烯醇水凝胶人工软骨结构层(1),与之相对的力学支撑单元(4)与基底骨(6)的连接端设置有至少一个固定凸结构(2)。2.如权利要求1所述的带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是所说的聚乙烯醇水凝胶人工软骨层(1)的含水率为80wt%~90wt%,厚度0.5~7mm;所说的固定凸结构(2)为3~6个直径2mm~5mm、长度2mm~10mm的柱状结构。3.如权利要求1所述的带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是所说的力学支撑单元(4)为纳米羟基磷灰石/医用高分子材料的复合材料结构体。4.如权利要求1所述的带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是所说的医用高分子材料为聚酰胺6、聚酰胺66、聚乙烯中的一种。5.如权利要求1至4之一所述的带人工软骨结构的复合人工关节体,其特征是所说的力学支撑单元(4)为具有孔...

【专利技术属性】
技术研发人员:李玉宝张利
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:90[中国|成都]

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