專利名稱：抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人造髖關(guān)節(jié)白，特別是一種抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖 關(guān)節(jié)臼。
背景技術(shù)：
醫(yī)用超高分子量聚乙烯(英文名稱縮寫UHMWPE)是目前廣泛采用的髖關(guān)節(jié)臼材 料，它與金屬髖關(guān)節(jié)頭的摩擦系數(shù)接近人體髖關(guān)節(jié)的磨擦系數(shù)，其配副方式最為廣泛。純超 高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)白一般經(jīng)過熱壓成型或由棒材精車成型制備而成，它具有良好的生 物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗沖擊性、耐磨性及耐腐蝕性，是較為理想的醫(yī)用高分子材料。然 而，在長期的應(yīng)用過程中，超高分子量聚乙烯因其氧化、磨損以及磨屑積聚，易引起骨質(zhì)溶 解，發(fā)生無菌松動，從而加重了患者的痛苦，降低了人工關(guān)節(jié)的使用壽命。因此，人們在探尋 如金屬對金屬、陶瓷對陶瓷的材料的同時，就如何提高聚乙烯本身的耐磨性作了很大的努 力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種既耐磨又穩(wěn)定的抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯 髖關(guān)節(jié)臼。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的超高分子量聚乙烯(英文名稱縮寫UHMWPE)粉末 處理工藝選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基礎(chǔ)材料，粒度范圍為4. 3 200 μ m，將超 高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末在100°C溫度環(huán)境下干燥12小時，去除超高分子量聚乙烯 (UHMffPE)粉末中的水分；天然珊瑚粉(英文名稱縮寫NC)處理工藝先把大塊的天然珊瑚粉NC破碎成小 塊，再用濃度為10%的次氯酸鈉溶液浸泡2小時，然后用超聲波蒸餾水清洗20分鐘，隨后置 于真空干燥箱中，真空度約為10_2Pa，在100°C溫度下干燥8小時，然后放入球磨機粉碎8小 時，取出后過200目篩后得到微米級天然珊瑚粉(NC)顆粒；在丙酮溶液中利用超聲波清洗 器清洗20分鐘；然后再置于真空干燥箱中，真空度約為10_2Pa，10(TC溫度下干燥12小時；混合粉料制作工藝將質(zhì)量百分比為90 % 士 2 %的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉 末，質(zhì)量百分比為0. 士0. 05%的維生素E粉末(維生素E的純度為Ve > 98%，粒度小 于100 μ m)，及質(zhì)量百分比9. 9% 士2%的天然珊瑚粉(NC)粉末進行球磨混合12小時，形成 均勻三體混合粉末；成型工藝取100克 105克混合粉末加入設(shè)計好的髖關(guān)節(jié)白模具中，并將模具放 入加熱爐中，將加熱爐抽真空至10_3Pa，常溫下以IOMpa的壓力預(yù)壓，然后在IOMpa的壓力 下加熱到180°C，并在180°C下保溫至混合粉體中的超高分子量聚乙烯UHMWPE粉料完全熔 融；隨后，以15Mpa的壓力保壓至模具溫度降至室溫，即制備出UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料的髖 關(guān)節(jié)臼；輻照工藝將復(fù)合材料的髖關(guān)節(jié)臼在室溫、空氣中，采用Y-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照劑量為IOOkGy,輻照的劑量率為SkGytT1，Y -射線源采用60Co，最終得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼。有益效果，由于上述方案選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末為基礎(chǔ)材料， 并對其復(fù)合添加天然維生素Ve和天然珊瑚粉NC，充分利用了維生素Ve和天然珊瑚粉NC的 優(yōu)良品質(zhì)，在隨后對其進行的Y-射線輻照交聯(lián)處理，又增加了材料的抗氧化性，最終得到 抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼。天然珊瑚粉取材于造礁石珊瑚，其化學(xué)成分與人體骨類似，主要由碳酸鈣及有機 質(zhì)構(gòu)成，天然珊瑚人工骨具有良好的生物相容性，安全無毒，天然珊瑚中的CaCO3在體液內(nèi) 可分解為Ca2+和HC03_，HC03_可參與體液的HC03_/C02緩沖系，而Ca2+則可參與植入體表面 的鈣磷離子交換，促進新骨的形成。維生素Ve分子結(jié)構(gòu)中的氧雜萘滿端可以吸取和穩(wěn)定自由基，形成苯氧基自由基； 苯氧基自由基會遭受位阻，使本身穩(wěn)定并保留在聚合物內(nèi)，阻止了氧化過程。通過Y射線對UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料的照射，引起(UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料) UHMWPE分子間發(fā)生交聯(lián)，將抗氧化劑和天然骨成分材料添加到超高分子量聚乙烯里面， 提高了材料的耐磨性和材料的生物相容性，這是制造髖關(guān)節(jié)白材料的一個重要突破，提高 了(UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料)UHMWPE的耐磨性能約50%，髖關(guān)節(jié)臼的成型工藝將三種不同 的材料有機地結(jié)合在一起，并通過一定的處理方式改善了復(fù)合材料的使用性能；在醫(yī)藥級 UHMWPE粉末中添加了天然維生素VE，使關(guān)節(jié)臼既耐磨又穩(wěn)定，達到了本發(fā)明的目的。本發(fā)明具有以下優(yōu)點U Y-射線輻照交聯(lián)UHMWPE/Ve_NC髖關(guān)節(jié)臼具有優(yōu)良的耐磨性能，新型髖關(guān)節(jié)臼 的磨損率約為輻照交聯(lián)UHMWPE髖關(guān)節(jié)臼的磨損率的二分之一，是未輻照UHMWPE髖關(guān)節(jié)臼 的磨損率的四分之一。2、Y-射線輻照交聯(lián)UHMWPE/Ve_NC髖關(guān)節(jié)臼的磨屑尺寸介于3-300μπι范圍內(nèi)，平 均粒徑為9. 55 μ m,并且粒徑在5 μ m以下的磨屑占總磨屑的4. 10% ；未輻照UHMWPE髖關(guān)節(jié) 臼的磨屑尺寸介于2-200 μ m范圍內(nèi)，平均粒徑為7. 54 μ m,粒徑在5 μ m以下的磨屑占總磨 屑的27. 44%。這表明輻照交聯(lián)UHMWPE/VE在降低磨損的同時也很好地控制了 UHMWPE磨屑 的尺寸，減少了磨屑數(shù)量，并降低了由磨屑而引起細胞不良反應(yīng)的程度，對于提高人工髖關(guān) 節(jié)臼的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的意義3, Y-射線輻照交聯(lián)UHMWPE/Ve_NC髖關(guān)節(jié)臼具有良好的抗氧化抗老化性能。
具體實施例方式實施例1 超高分子量聚乙烯(英文名稱縮寫UHMWPE)粉末處理工藝選用醫(yī) 藥級超高分子量聚乙烯粉末為基礎(chǔ)材料，粒度范圍為4. 3 200 μ m，將超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)粉末在100°C溫度環(huán)境下干燥12小時，去除超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末中 的水分；天然珊瑚粉(英文名稱縮寫NC)處理工藝先把大塊的天然珊瑚粉NC破碎成小 塊，再用濃度為10%的次氯酸鈉溶液浸泡2小時，然后用超聲波蒸餾水清洗20分鐘，隨后置 于真空干燥箱中，真空度約為10_2Pa，在100°C溫度下干燥8小時，然后放入球磨機粉碎8小 時，取出后過200目篩后得到微米級天然珊瑚粉(NC)顆粒；在丙酮溶液中利用超聲波清洗器清洗20分鐘；然后再置于真空干燥箱中，真空度約為10_2Pa，100°C溫度下干燥12小時；混合粉料制作工藝將質(zhì)量百分比為90 % 士 2 %的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉 末，質(zhì)量百分比為0. 士0. 05%的維生素E粉末(維生素E的純度為Ve > 98%，粒度小 于100 μ m)，及質(zhì)量百分比9. 9% 士2%的天然珊瑚粉(NC)粉末進行球磨混合12小時，形成 均勻三體混合粉末；成型工藝取100克 105克混合粉末加入設(shè)計好的髖關(guān)節(jié)白模具中，并將模具放 入加熱爐中，將加熱爐抽真空至10_3Pa，常溫下以IOMpa的壓力預(yù)壓，然后在IOMpa的壓力 下加熱到180°C，并在180°C下保溫至混合粉體中的超高分子量聚乙烯UHMWPE粉料完全熔 融；隨后，以15Mpa的壓力保壓至模具溫度降至室溫，即制備出UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料的髖 關(guān)節(jié)臼；
輻照工藝將復(fù)合材料的髖關(guān)節(jié)臼在室溫、空氣中，采用Y-射線進行輻照交聯(lián)處 理，輻照劑量為IOOkGy,輻照的劑量率為SkGytT1，Y -射線源采用60Co，最終得到抗氧化超 低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼。本發(fā)明選用醫(yī)藥級UHMWPE粉末為基礎(chǔ)材料，按照合適的成分配比復(fù)合添加天然 維生素Ve和天然珊瑚粉NC，在球磨機中將三種材料均勻混合；設(shè)定優(yōu)選成型工藝，采用模 壓成型法制備出UHMWPE/Ve-NC復(fù)合材料；對復(fù)合材料進行適量的Y -射線輻照交聯(lián)處理， 最終得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)白。最后，將髖關(guān)節(jié)白表面拋光，經(jīng)醫(yī)學(xué) 消毒即得產(chǎn)品。實驗表明，新型髖關(guān)節(jié)臼的磨損率約為輻照交聯(lián)UHMWPE髖關(guān)節(jié)臼的磨損率的二 分之一，是未輻照UHMWPE髖關(guān)節(jié)臼的磨損率的四分之一。由此可見，輻照交聯(lián)UHMWPE/Ve-NC 髖關(guān)節(jié)臼的耐磨性有了大幅度提高。另外，Y-射線輻照交聯(lián)UHMWPE/Ve-NC髖關(guān)節(jié)臼可以 有效地控制磨屑的尺寸，減少了磨屑數(shù)量，降低由磨屑而引起細胞不良反應(yīng)的程度，對于提 高人工髖關(guān)節(jié)白的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的意義。
權(quán)利要求
一種抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼，其特征是超高分子量聚乙烯(英文名稱縮寫UHMWPE)粉末處理工藝選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基礎(chǔ)材料，粒度范圍為4.3～200μm，將超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末在100℃溫度環(huán)境下干燥12小時，去除超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末中的水分；天然珊瑚粉(英文名稱縮寫NC)處理工藝先把大塊的天然珊瑚粉NC破碎成小塊，再用濃度為10％的次氯酸鈉溶液浸泡2小時，然后用超聲波蒸餾水清洗20分鐘，隨后置于真空干燥箱中，真空度約為10-2Pa，在100℃溫度下干燥8小時，然后放入球磨機粉碎8小時，取出后過200目篩后得到微米級天然珊瑚粉(NC)顆粒；在丙酮溶液中利用超聲波清洗器清洗20分鐘；然后再置于真空干燥箱中，真空度約為10-2Pa，100℃溫度下干燥12小時；混合粉料制作工藝將質(zhì)量百分比為90％±2％的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末，質(zhì)量百分比為0.1％±0.05％的維生素E粉末(維生素E的純度為VE＞98％，粒度小于100μm)，及質(zhì)量百分比9.9％±2％的天然珊瑚粉(NC)粉末進行球磨混合12小時，形成均勻三體混合粉末；成型工藝取100克～105克混合粉末加入設(shè)計好的髖關(guān)節(jié)臼模具中，并將模具放入加熱爐中，將加熱爐抽真空至10-3Pa，常溫下以10Mpa的壓力預(yù)壓，然后在10Mpa的壓力下加熱到180℃，并在180℃下保溫至混合粉體中的超高分子量聚乙烯UHMWPE粉料完全熔融；隨后，以15Mpa的壓力保壓至模具溫度降至室溫，即制備出UHMWPE/VE-NC復(fù)合材料的髖關(guān)節(jié)臼；輻照工藝將復(fù)合材料的髖關(guān)節(jié)臼在室溫、空氣中，采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照劑量為100kGy，輻照的劑量率為5kGyh-1，γ-射線源采用60Co，最終得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼。
全文摘要
一種抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼，屬于人造髖關(guān)節(jié)臼。該髖關(guān)節(jié)臼選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末為基礎(chǔ)材料，并對其復(fù)合添加天然維生素VE和天然珊瑚粉NC，制成混合粉末，將混合粉末加入設(shè)計好的髖關(guān)節(jié)臼模具中，加溫加壓制備出UHMWPE/VE-NC復(fù)合材料的髖關(guān)節(jié)臼；隨后對其進行的γ-射線輻照交聯(lián)處理，最終得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯髖關(guān)節(jié)臼。優(yōu)點1、γ-射線輻照交聯(lián)UHMWPE/VE-NC髖關(guān)節(jié)臼具有優(yōu)良的耐磨性能；2、降低了磨損，減少了磨屑數(shù)量，并降低了由磨屑而引起細胞不良反應(yīng)的程度，提高人工髖關(guān)節(jié)臼的可靠性和穩(wěn)定性；3、具有良好的抗氧化抗老化性能。
文檔編號A61L27/50GK101810884SQ201010129279
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者倪自豐, 劉洪濤, 王世博, 羅勇, 葛世榮, 黃孝龍 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)