本發明屬于仿生關節技術領域，具體涉及一種仿生關節制備工藝，特別是一種軟-軟接觸式的仿生關節制備工藝。

背景技術：

人體天然關節的表面覆蓋著關節軟骨，在人體正常生理環境中關節軟骨可以提供一個優良的潤滑承載關節面，可以承載傳遞7-9倍人體的重量，且摩擦系數極低，能夠正常運動70年以上。由于天然軟骨的自身修復能力極其有限，一旦造成損傷或病變，很少能夠自愈，一般采用人工關節置換以重建關節功能。人工關節置換術自上世紀60年代廣泛應用于臨床以來，已成為治療人類關節毀損最成功、最有效的外科和康復手段。全球約有4億人患有嚴重的骨關節疾病，其中我國就超過1.2億患者，每年需要人工關節置換約200萬例。

雖然人工關節置換已成為臨床治療關節疾病或創傷的有效途徑，但是由于人工植入材料不具備自然界生命力的代謝作用，假體界面行為與生命介質的相容性差，特別在全關節置換中關節植入假體均為硬面-硬面接觸，接觸面的磨損必然存在。隨著全球人口老齡化和關節置換病人的年輕化趨勢，目前人工關節還遠達不到20年乃至30年不翻修的期望目標。統計表明關節手術失敗的前四大主要因素是：磨損、松動、失穩、感染。其中，磨損和松動是引起關節晚期失效的主要原因，而感染是造成關節早期失效的主要原因。如何解決以上科學技術難題，是當今國際人工關節置換領域的研究熱點和趨勢。

由此可見，提高人工關節服務壽命和使用可靠性的關鍵是植入假體材料生物摩擦學性能的改進。天然關節的摩擦配副為軟骨-軟骨形式，具有低彈性模量、高可變形性、優良的潤滑和抗磨性能，可以有效的減緩沖擊、吸收震蕩、減小關節運動時承受的沖擊及磨損。因此，基于天然關節接觸形式及潤滑機制，設計具有高強度、低摩擦、超潤滑及耐磨損的仿生軟骨材料，仿生制造新型軟-軟接觸界面的仿生關節，是解決人工關節磨損和無菌性松動問題的最佳選擇，也是解決人體環境植入材料關鍵摩擦副部件長效運行最為可行的技術途徑。這也將有助于延長人工關節假體的使用壽命，降低摩擦學失效給假體置換者帶來的痛苦或危險，這對于提高假體置換者的生命質量、推動我國的植入體制造產業的發展具有重要意義。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種軟-軟接觸式仿生關節制備工藝，通過該方法獲得一種與天然關節結構與功能相類似的人工關節，解決硬面-硬面接觸人工關節的磨損和無菌松動問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種軟-軟接觸式仿生關節制備工藝，包括以下步驟：

1)將醫用聚乙烯加工成為醫用聚乙烯關節部件的試樣；

2)所述試樣表面交聯pamps-pdmaam復合水凝膠仿生軟骨材料；

3)步驟2)后的試樣再次交聯pva/ha-paa復合水凝膠仿生軟骨材料；

4)步驟3)后的試樣再次交聯pva水凝膠仿生軟骨材料。

進一步的，所述醫用聚乙烯關節部件包括：人工膝關節股骨髁、人工膝關節脛骨襯墊，或者是人工髖關節股骨頭、人工髖關節髖臼。

進一步的，所述步驟2)中，采用mbaa作為交聯劑、氧代戊二酸作為引發劑制備pamps水凝膠，交聯的具體方法為：

2-1)所述醫用聚乙烯關節部件進行清洗預處理；

2-2)引發劑和交聯劑充氮氣30min，然后注入醫用聚乙烯關節部件表面上，厚度為0.5mm，用玻璃器皿隔離，在uv燈下照射6h，在醫用聚乙烯關節部件表面形成pamps水凝膠；

2-3)將表面帶有pamps水凝膠的醫用聚乙烯關節部件浸泡在3mol/l的dmaam溶液中，其中包含0.1mol％mbaa和0.1mol％過硫酸鉀，放置1天達到平衡，隨后用玻璃器皿隔離，將其置于uv燈下聚合6小時；

2-4)純水浸泡1周，醫用聚乙烯關節部件表面形成第一層水凝膠仿生關節軟骨。

進一步的，所述步驟2)中，采用4％單體濃度的mbaa作為交聯劑、0.1％單體濃度的氧代戊二酸作為引發劑制備pamps水凝膠。

進一步的，所述步驟2-1)中清洗預處理的方法為：依次用丙酮、乙醇和去離子水清洗所述醫用聚乙烯關節部件，之后浸泡在以重鉻酸鉀與濃硫酸按質量百分比1:4制成的重鉻酸氧化溶液中，并置于75℃水浴鍋中10min，取出用去離子水清洗；然后將醫用聚乙烯關節部件表面用氧離子束在200真空度、30w條件下處理5min；并在醫用聚乙烯關節部件表面覆蓋硅烷溶液，在室溫下浸泡2h，所述硅烷溶液采用100ml去離子水與10mlph3.5的乙醇和2wt％γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷制成；然后用乙醇將醫用聚乙烯關節部件清洗，干燥后儲存在低濕度環境下。

進一步的，所述步驟3)的具體方法為：

3-1)按質量百分比稱取聚乙烯醇14％、納米羥基磷灰石3％、聚丙烯酸溶液3％、去離子水80％，室溫下讓其溶脹24h，溶脹完成后放入95℃電子恒溫水浴鍋中加熱溶解，制成pva/ha-paa混合溶液；

3-2)將pva/ha-paa混合溶液加入到步驟2)處理后的醫用聚乙烯關節部件表面，使其厚度為0.5mm，置于溫度為-20℃的低溫存儲箱中冷凍10-12h，然后在室溫下解凍2-3h，之后再放入低溫存儲箱中進行冷凍，如此冷凍、解凍3次；

3-3)將冷凍-解凍后的試樣浸入盛有聚乙二醇溶液的燒杯中脫水1-2h，取出試樣放入電阻爐中進行退火處理，退火溫度為120℃，退火時間為1h，退火完成后取出試樣，并用去離子水對試樣進行清洗，醫用聚乙烯關節部件的表面形成第二層水凝膠仿生關節軟骨。

進一步的，步驟4)的具體方法為：

4-1)按質量百分比稱取聚乙烯醇15％和去離子水85％置于容器中，在室溫下溶脹24h，接著將容器至于95℃的恒溫水浴鍋中，制備出pva溶液；

4-2)將制備好的pva溶液加入到步驟3)處理后的醫用聚乙烯關節部件表面，使得pva溶液的厚度為1mm，然后置于溫度為-20℃的低溫存儲箱中冷凍10-12h，然后在室溫下解凍2-3h，之后再放入低溫存儲箱中進行冷凍，如此冷凍、解凍9次后，醫用聚乙烯關節部件的表面形成第三層水凝膠仿生關節軟骨。

進一步的，將按以上方法處理過后的醫用聚乙烯關節部件放入透明玻璃箱中密封，并將其置于陰暗處自然干燥一周，然后將其取出浸泡在去離子水中24h，即可制得軟-軟接觸式仿生膝關節與仿生髖關節。

根據上述的工藝制備的軟-軟接觸式仿生關節，軟-軟接觸式仿生關節之間的摩擦系數為0.06，軟-軟接觸式仿生關節的液體承載能力達到90％以上。

有益效果：本發明提供的一種軟-軟接觸式仿生關節制備工藝，由于采用上述技術方案，制備出來的多層仿生軟骨層與人工關節基底之間具有很強的結合能力，解決了仿生軟骨材料與硬面基底之間的結合性能差的問題。

優點：制備獲得的仿生關節為軟骨-軟骨接觸形式，具有低彈性模量、高可變形性、優良的潤滑和抗磨性能，可以有效的減緩沖擊、吸收震蕩、減小關節運動時承受的沖擊及磨損，解決人工關節磨損和無菌性松動的問題。

附圖說明

圖1為本發明的人工膝關節示意圖。

圖2為本發明的人工髖關節示意圖。

圖3為本發明產品的摩擦系數示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

實施例

一種軟-軟接觸式仿生關節制備工藝的具體步驟如下：

1)根據人工膝關節、人工髖關節的尺寸將醫用聚乙烯棒材加工成人工膝關節股骨髁、人工膝關節脛骨襯墊，人工髖關節股骨頭、人工髖關節髖臼。

2)用丙酮、乙醇和去離子水按順序徹底清洗醫用聚乙烯各關節部件(人工膝關節股骨髁、人工膝關節脛骨襯墊，人工髖關節股骨頭、人工髖關節髖臼)；將清潔后的醫用聚乙烯關節部件浸泡在重鉻酸氧化溶液(重鉻酸鉀與濃硫酸按質量百分比1:4)中，并置于75℃水浴鍋中10min，取出用大量去離子水進行清洗；然后將醫用聚乙烯關節部件表面用氧離子束處理5分鐘(200真空度，30w)；立即在醫用聚乙烯關節部件表面覆蓋硅烷溶液(100ml的去離子水，10mlph3.5的乙醇和2wt％γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)，在室溫下浸泡2h；然后用乙醇將醫用聚乙烯關節部件清洗，完全干燥后儲存在低濕度環境下；

3)用mbaa作為交聯劑、氧代戊二酸作為引發劑制備pamps水凝膠，交聯劑為4％的單體濃度和0.1％單體濃度的引發劑。引發劑和交聯劑充氮氣30min，然后注入醫用聚乙烯關節部件表面上，厚度約為0.5mm，用玻璃器皿隔離，在uv燈下照射6小時，在醫用聚乙烯關節部件表面形成pamps水凝膠。將表面帶有pamps水凝膠的醫用聚乙烯關節部件浸泡在3mol/l的dmaam溶液中，其中包含0.1mol％mbaa和0.1mol％過硫酸鉀，放置1天達到平衡，隨后用玻璃器皿隔離，將其置于uv燈下聚合6小時。隨后在純水中浸泡1周，每天換兩次水來去除未反應的材料，醫用聚乙烯關節部件表面形成第一層水凝膠仿生關節軟骨，如圖1、2所示；

4)按質量百分比稱取的聚乙烯醇14％、納米羥基磷灰石3％、聚丙烯酸溶液3％、去離子水80％，室溫下讓其溶脹24h；溶脹完成后放入95℃電子恒溫水浴鍋中加熱溶解，然后將pva/ha-paa混合溶液加入到步驟4處理后的醫用聚乙烯關節部件表面，使其厚度為0.5mm，置于溫度為-20℃的低溫存儲箱中冷凍10-12小時，然后在室溫下解凍2-3小時，之后再放入低溫存儲箱中進行冷凍，如此冷凍、解凍3次；將冷凍-解凍后的試樣浸入盛有聚乙二醇溶液的燒杯中脫水1-2h，取出試樣放入電阻爐中進行退火處理，退火溫度為120℃，退火時間為1h，退火完成后取出試樣，并用去離子水對試樣進行清洗，醫用聚乙烯關節部件的表面形成第二層水凝膠仿生關節軟骨；

5)按質量百分比稱取聚乙烯醇15％和去離子水85％置于容器中，在室溫下溶脹24h，接著將容器至于95℃的恒溫水浴鍋中，制備出pva溶液；將制備好的pva溶液加入到步驟4處理后的醫用聚乙烯關節部件表面，使得pva溶液的厚度為1mm，然后置于溫度為-20℃的低溫存儲箱中冷凍10-12小時，然后在室溫下解凍2-3小時，之后再放入低溫存儲箱中進行冷凍，如此冷凍、解凍9次后，醫用聚乙烯關節部件的表面形成第三層水凝膠仿生關節軟骨；

6)將按以上方法處理過后的醫用聚乙烯關節部件(人工膝關節股骨髁、人工膝關節脛骨襯墊，人工髖關節股骨頭、人工髖關節髖臼)放入透明玻璃箱中密封，并將其置于陰暗處自然干燥一周，然后將其取出浸泡在去離子水中24h，即可制得軟-軟接觸式仿生膝關節與仿生髖關節。

如圖3所示，根據本發明工藝方法制備得到的軟-軟接觸式仿生關節產品，軟-軟接觸式仿生關節之間的摩擦系數僅有0.06左右，達到了軟骨-軟骨之間的摩擦系數；軟-軟接觸式仿生關節具有良好的承載性能，液體承載能力可以達到90％以上。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。