專利名稱：一種仿生軟骨材料與硬面基底結(jié)合的仿生材料的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生植入材料的制備工藝，特別是一種仿生軟骨材料與硬面基底結(jié)合的仿生材料的制備工藝。
背景技術(shù)：
關(guān)節(jié)是人體承受載荷最大的生物摩擦副，軟骨是位于骨與骨之間的軟組織。日常生活中高頻率的關(guān)節(jié)使用使關(guān)節(jié)軟骨的損失和病變成為臨床骨科的常見現(xiàn)象。由于體內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨自身修復(fù)能力極其有限，一旦造成損傷或病變，很少能夠自愈。目前常用的關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料主要有硅橡膠、聚氨酯、聚乙烯醇水凝膠等，然而這些軟骨假體雖然在一定程度上能起到替代軟骨的作用，但還存在易磨損松動(dòng)、界面潤滑性差、缺乏生物活性的不足，很難真正實(shí)現(xiàn)代替軟骨功能。采用聚乙烯醇水凝膠作為軟骨假體植入關(guān)節(jié)部位時(shí)，該材料與基底的結(jié)合性能差，影響了軟骨的固定和修復(fù)功能，所述的仿生軟骨材料與硬面基底之間的結(jié)合性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要提供一種仿生軟骨材料與硬面基底結(jié)合的仿生材料的制備工藝， 解決仿生軟骨材料與硬面基底之間的結(jié)合性能差的問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該仿生材料包括重鉻酸氧化溶液鉻酸鉀 10%-30%，濃硫酸70%-90% ；仿生軟骨材料聚乙烯醇15%，去離子水85% ；聚乙烯醇酯化液 聚乙烯醇1%_25%，六水合三氯化鐵0. 01%-10%，去離子水65%-98. 99% ；硬面基底超高分子量聚乙烯塊；所述的聚乙烯醇純度> 99%，重鉻酸鉀為分析純級(jí)，濃硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%級(jí)， 六水合三氯化鐵為分析純級(jí)；所述的物質(zhì)的百分比均為質(zhì)量百分比；
仿生材料的制備工藝包括如下步驟
a、超高分子量聚乙烯塊切割成長2cm寬2cm高Icm的塊狀體，用320目的砂紙打磨超高分子量聚乙烯塊表面；
b、按照質(zhì)量百分比稱取重鉻酸鉀109Γ30%與濃硫酸709Γ90%置于容器中，將容器置于溫度為70°C的恒溫水浴鍋中，攪拌使重鉻酸鉀和濃硫酸混合均勻，形成重鉻酸氧化溶液；
c、將砂紙?zhí)幚磉^的超高分子量聚乙烯塊浸入70°C重鉻酸氧化溶液中進(jìn)行氧化，保持 lOmin，用鑷子取出氧化后的超高分子量聚乙烯塊，用大量的去離子水沖洗；
d、按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水85%置于容器中，將容器放在室溫下，使聚乙烯醇顆粒在室溫下溶脹Mh，接著將容器至于95°C的恒溫水浴鍋中溶解聚乙烯醇制備出聚乙烯醇水凝膠溶液；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒1%_25%和去離子水 65%-98. 99%置于容器，按上述步驟制備出聚乙烯醇水凝膠溶液，加入0. 01%-10%的六水合三氯化鐵作為催化劑制備出聚乙烯醇酯化液；
e、將氧化與清洗后的超高分子量聚乙烯塊浸入裝有聚乙烯醇酯化液的容器中，將容器放入50-95°C的恒溫水浴鍋中，攪拌，反應(yīng)》i-4h，將酯化反應(yīng)后的超高分子量聚乙烯塊從容器中取出，用去離子水清洗捋去超高分子量聚乙烯塊上面沒有結(jié)合的聚乙烯醇分子；
f、用膠帶在超高分子量聚乙烯塊表面圍成一個(gè)高出表面2mm的空間，向圍成的空間中加入質(zhì)量百分比為15%的聚乙烯醇水凝膠，超聲Ih排出其中的氣泡，蓋上玻璃片使得聚乙烯醇水凝膠的厚度為2mm。g、將按上述方法處理后的超高分子量聚乙烯塊放入溫度為-20°C的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍6-10h后，取出超高分子量聚乙烯塊，用保鮮膜包裹，置于室溫下解凍2-池，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍7次。h、將制備好的仿生軟骨試樣，除去膠帶，放入盛有去離子水的密封袋中保存。有益效果，由于采用上述的技術(shù)方案，將制備好的仿生材料干燥除去水分，化學(xué)結(jié)合的聚乙烯醇水凝膠平鋪于超高分子量聚乙烯塊表面上，未發(fā)生變形皺縮現(xiàn)象，而未化學(xué)結(jié)合在超高分子量聚乙烯塊上的水凝膠干燥后發(fā)生皺縮；化學(xué)結(jié)合的聚乙烯醇和超高分子量聚乙烯塊之間的剪切強(qiáng)度達(dá)到0. 8044 MPa，抗拉伸強(qiáng)度為0. 3141 MPa,多組實(shí)驗(yàn)測定值相近。聚乙烯醇水凝膠與不銹鋼纖維網(wǎng)間最大剪切強(qiáng)度達(dá)到0.5 MPa0超高分子量聚乙烯塊與聚乙烯醇結(jié)合界面在環(huán)境掃描電子顯微鏡下觀察，聚乙烯醇材料與超高分子量聚乙烯塊硬面之間結(jié)合良好。制備出來的仿生材料與仿生硬面基底之間具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，解決了仿生軟骨材料與硬面基底之間的結(jié)合性能差的問題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。


圖1為本發(fā)明的仿生材料干燥后照片。圖2為本發(fā)明的仿生材料結(jié)合界面環(huán)境電子顯微鏡圖。
具體實(shí)施例方式該仿生材料包括重鉻酸氧化溶液鉻酸鉀10%_30%，濃硫酸70%_90% ；仿生軟骨材料聚乙烯醇15%，去離子水85% ；聚乙烯醇酯化液聚乙烯醇1%_25%，六水合三氯化鐵 0. 01-10%，去離子水65%-98. 99% ；硬面基底超高分子量聚乙烯塊(長2cm寬2cm高Icm的塊狀體)；所述的聚乙烯醇純度> 99%，重鉻酸鉀為分析純級(jí)，濃硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%級(jí)，六水合三氯化鐵為分析純級(jí)；所述的物質(zhì)的百分比均為質(zhì)量百分比；
仿生軟骨材料與硬面基底的化學(xué)結(jié)合的制備工藝實(shí)例如下
實(shí)施例1 超高分子量聚乙烯塊切割成長2cm寬2cm高Icm的塊狀體，用320目的砂紙打磨超高分子量聚乙烯塊表面；按照質(zhì)量百分比稱取重鉻酸鉀30%與濃硫酸70%置于容器中，將容器置于溫度為70 V的恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌使重鉻酸鉀和濃硫酸混合均勻，形成重鉻酸氧化溶液；將砂紙?zhí)幚磉^的超高分子量聚乙烯塊浸入70°C重鉻酸氧化溶液中，保持 lOmin，用鑷子取出氧化后的超高分子量聚乙烯塊，用大量的去離子水沖洗；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水85%置于容器中，將容器放在室溫下，使聚乙烯醇顆粒在室溫下溶脹Mh，接著將容器至于95°C的恒溫水浴鍋中溶解聚乙烯醇制備出聚乙烯醇水凝膠溶液；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒1%和去離子水98. 99%置于容器，按上述步驟制備出聚乙烯醇水凝膠溶液，加入0. 01%的六水合三氯化鐵作催化劑制備出聚乙烯醇酯化液；將氧化與清洗后的超高分子量聚乙烯塊浸入裝有聚乙烯醇酯化液的容器中，將容器放CN 102526802 A
入85°C的恒溫水浴鍋中，攪拌，反應(yīng)為池。將酯化反應(yīng)后的超高分子量聚乙烯塊取出，用去離子水清洗捋去超高分子量聚乙烯塊上面沒有結(jié)合的聚乙烯醇分子；用膠帶在超高分子量聚乙烯塊表面圍成一個(gè)高出表面2mm的空間，向圍成的空間中加入質(zhì)量百分比為15%的聚乙烯醇水凝膠，超聲Ih排出其中的氣泡，蓋上玻璃片使得水凝膠的厚度為2mm ；將上述的方法處理后的超高分子量聚乙烯塊放入溫度為-20°C的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍6-10h后，取出超高分子量聚乙烯塊，用保鮮膜包裹，置于室溫下解凍2-池，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍7次；最后取出制備好的仿生軟骨試樣，除去膠帶，放入盛有去離子水的密封袋中保存。實(shí)施例2 將超高分子量聚乙烯塊切割成長2cm寬2cm高Icm的塊狀體，用320 目的砂紙打磨超高分子量聚乙烯塊表面；按照質(zhì)量百分比稱取重鉻酸鉀20%與濃硫酸80% 置于容器中，將容器置于溫度為70°C的恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌重鉻酸鉀和濃硫酸混合均勻，形成重鉻酸氧化溶液；將砂紙?zhí)幚磉^的超高分子量聚乙烯塊浸入70°C重鉻酸氧化溶液中，保持lOmin，用鑷子取出氧化后的超高分子量聚乙烯塊，用大量的去離子水沖洗；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水85%置于容器中，將容器放在室溫下，使聚乙烯醇顆粒在室溫下溶脹Mh，接著將容器至于95°C的恒溫水浴鍋中溶解聚乙烯醇制備出聚乙烯醇水凝膠溶液；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒25%和去離子水65%置于容器，按上述步驟制備出聚乙烯醇水凝膠溶液，加入10%的六水合三氯化鐵作催化劑制備出聚乙烯醇酯化液；將氧化與清洗后的超高分子量聚乙烯塊浸入裝有聚乙烯醇酯化液的容器中，將容器放入85°C 的恒溫水浴鍋中，攪拌，反應(yīng)為4h。將酯化反應(yīng)后的超高分子量聚乙烯塊取出，用去離子水清洗捋去超高分子量聚乙烯塊上面沒有結(jié)合的聚乙烯醇分子；用膠帶在超高分子量聚乙烯塊表面圍成一個(gè)高出表面2mm的空間，向圍成的空間中加入質(zhì)量百分比為15%的聚乙烯醇水凝膠，超聲Ih排出其中的氣泡，蓋上玻璃片使得水凝膠的厚度為2mm ；將上述的方法處理后的超高分子量聚乙烯塊放入溫度為-20°C的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍6-10h后，取出超高分子量聚乙烯塊，用保鮮膜包裹，置于室溫下解凍2-池，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍7次；最后取出制備好的仿生軟骨試樣，除去膠帶，放入盛有去離子水的密封袋中保存。實(shí)施例3 將超高分子量聚乙烯塊切割成長2cm寬2cm高Icm的塊狀體，用320目的砂紙打磨超高分子量聚乙烯塊表面；按照質(zhì)量百分比稱取重鉻酸鉀10%與濃硫酸90%置于容器中，將容器置于溫度為70°C的恒溫水浴鍋內(nèi)，攪拌使重鉻酸鉀和濃硫酸混合均勻，形成重鉻酸氧化溶液；將砂紙?zhí)幚磉^的超高分子量聚乙烯塊浸入70°C重鉻酸氧化溶液中，保持lOmin，用鑷子取出氧化后的超高分子量聚乙烯塊，用大量的去離子水進(jìn)行沖洗；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水85%置于容器中，將容器放在室溫下，使聚乙烯醇顆粒在室溫下溶脹Mh，接著將容器至于95°C的恒溫水浴鍋中溶解聚乙烯醇制備出聚乙烯醇水凝膠溶液；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水80%置于容器，按上述步驟制備出聚乙烯醇水凝膠溶液，加入5%的六水合三氯化鐵作催化劑制備出聚乙烯醇酯化液；將氧化與清洗后的超高分子量聚乙烯塊浸入裝有聚乙烯醇酯化液的容器中，將容器放入50°C的恒溫水浴鍋中，攪拌，反應(yīng)為池。將酯化反應(yīng)后的超高分子量聚乙烯塊取出，用去離子水清洗捋去超高分子量聚乙烯塊上面沒有結(jié)合的聚乙烯醇分子；用膠帶在超高分子量聚乙烯塊表面圍成一個(gè)高出表面2mm的空間，向圍成的空間中加入質(zhì)量百分比為15%的聚乙烯醇水凝膠，超聲Ih排出其中的氣泡，蓋上玻璃片使得水凝膠的厚度為2mm ；將上述的方法處理后的超高分子量聚乙烯塊放入溫度為-20°C的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍6-10h后，取出超高分子量聚乙烯塊，用保鮮膜包裹，置于室溫下解凍2-池，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍7次；最后取出制備好的仿生軟骨試樣，除去膠帶，放入盛有去離子水的密封袋中保存。
權(quán)利要求
1. 一種仿生軟骨材料與硬面基底結(jié)合的仿生材料的制備工藝，其特征是該仿生材料包括重鉻酸氧化溶液鉻酸鉀10%-30%，濃硫酸70%-90% ；仿生軟骨材料聚乙烯醇15%， 去離子水85% ；聚乙烯醇酯化液聚乙烯醇1%_25%，六水合三氯化鐵0. 01%-10%，去離子水 65%-98. 99% ；硬面基底超高分子量聚乙烯塊；所述的聚乙烯醇純度> 99%，重鉻酸鉀為分析純級(jí)，濃硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%級(jí)，六水合三氯化鐵為分析純級(jí)；所述的物質(zhì)的百分比均為質(zhì)量百分比；仿生材料的制備工藝包括如下步驟a、超高分子量聚乙烯塊切割成長2cm寬2cm高Icm的塊狀體，用320目的砂紙打磨超高分子量聚乙烯塊表面；b、按照質(zhì)量百分比稱取重鉻酸鉀109Γ30%與濃硫酸709Γ90%置于容器中，將容器置于溫度為70°C的恒溫水浴鍋中，攪拌使重鉻酸鉀和濃硫酸混合均勻，形成重鉻酸氧化溶液；c、將砂紙?zhí)幚磉^的超高分子量聚乙烯塊浸入70°C重鉻酸氧化溶液中進(jìn)行氧化，保持 lOmin，用鑷子取出氧化后的超高分子量聚乙烯塊，用大量的去離子水沖洗；d、按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒15%和去離子水85%置于容器中，將容器放在室溫下，使聚乙烯醇顆粒在室溫下溶脹Mh，接著將容器至于95°C的恒溫水浴鍋中溶解聚乙烯醇制備出聚乙烯醇水凝膠溶液；按質(zhì)量百分比稱取聚乙烯醇顆粒1%_25%和去離子水 65%-98. 99%置于容器，按上述步驟制備出聚乙烯醇水凝膠溶液，加入0. 01%-10%的六水合三氯化鐵作為催化劑制備出聚乙烯醇酯化液；e、將氧化與清洗后的超高分子量聚乙烯塊浸入裝有聚乙烯醇酯化液的容器中，將容器放入50-95°C的恒溫水浴鍋中，攪拌，反應(yīng)》i-4h，將酯化反應(yīng)后的超高分子量聚乙烯塊從容器中取出，用去離子水清洗捋去超高分子量聚乙烯塊上面沒有結(jié)合的聚乙烯醇分子；f、用膠帶在超高分子量聚乙烯塊表面圍成一個(gè)高出表面2mm的空間，向圍成的空間中加入質(zhì)量百分比為15%的聚乙烯醇水凝膠，超聲Ih排出其中的氣泡，蓋上玻璃片使得聚乙烯醇水凝膠的厚度為2mm ；g、將按上述方法處理后的超高分子量聚乙烯塊放入溫度為-20°C的低溫存儲(chǔ)箱中冷凍 6-10h后，取出超高分子量聚乙烯塊，用保鮮膜包裹，置于室溫下解凍2-3h，之后再放入低溫存儲(chǔ)箱中進(jìn)行冷凍，如此冷凍、解凍7次；h、將制備好的仿生軟骨試樣，除去膠帶，放入盛有去離子水的密封袋中保存。
全文摘要
一種仿生軟骨材料與硬面基底結(jié)合的仿生材料的制備工藝，屬于仿生植入材料的制備工藝。該仿生材料包括重鉻酸氧化溶液鉻酸鉀10%-30%，濃硫酸70%-90%；仿生軟骨材料聚乙烯醇15%，去離子水85%；聚乙烯醇酯化液聚乙烯醇1%-25%，六水合三氯化鐵0.01%-10%，去離子水65%-98.99%；硬面基底超高分子量聚乙烯塊；所述的聚乙烯醇純度≥99%，重鉻酸鉀為分析純級(jí)，濃硫酸為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%級(jí)，六水合三氯化鐵為分析純級(jí)；均為質(zhì)量百分比。將制備好的仿生材料干燥除去水分，化學(xué)結(jié)合的聚乙烯醇水凝膠平鋪于超高分子量聚乙烯塊表面上，未發(fā)生變形皺縮現(xiàn)象，化學(xué)結(jié)合的聚乙烯醇和超高分子量聚乙烯塊之間的剪切強(qiáng)度達(dá)到0.8044MPa，抗拉伸強(qiáng)度為0.3141MPa。
文檔編號(hào)A61L27/44GK102526802SQ201210002149
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張德坤, 戴祖明, 葛世榮, 陳凱 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)